«Соскакивающее кольцо»

  Явление электромагнитной индукции наглядно проявляет себя в опыте с соскакивающим кольцом.

  Рассмотрим катушку с ферромагнитным сердечником. На сердечник сверху оденем алюминиевое или медное кольцо. Катушку подключаем с помощью ключа К к батарее Б. 

  При замыкании ключа кольцо резко подпрыгивает вверх ( рис.1).

  Это происходит потому что при замыкании ключа по катушке начинает течь электрический ток,  который создает около нее магнитное поле, которое усиливается феррмагнитным сердечником.

  Это быстро увеличивающееся магнитное поле создает вихревое электрическое поле. Так как в этом вихревом электрическом поле находится замкнутое кольцо,  то в нем возникает электрический ток. Этот вихревой электрический ток создает свое магнитное поле противоположной пичине его порождающей. То есть кольцо будет отталкиваться от катушки с током и взлетит.                           

   Рис.1.                 

Опыт 1. Возьмем дроссельную катушку с ферромагнитным сердечником и вставим в сердечник алюминиевое кольцо ( рис.2). Включим катушку в осветительную сеть. Алюминиевое кольцо взлетит ( рис.3).

                            Рис. 2.                                                                         Рис.3.                                                                        Рис.4.

Проблема. Почему при включении катушки в осветительную сеть алюминиевое кольцо взлетает ?

Ответ.  При включении катушки в осветительную сеть алюминиевое кольцо взлетает потому, что когда по катушке течет переменный электрический ток магнитное поле катушки резко увеличивается что приводит к появлению сильного вихревого электрического поля.  Алюминиевое кольцо находится в этом увеличивающемся вихревом электрическом поле поэтому в нам возникает сильный индукционный ток. Этот индукционный ток по правилу Ленца имеет такое направление, что своим магнитным полем противодействует увеличению магнитного поля катушки. Т.е. у нижней стороны кольца возникнет магнитный полюс а так как одноименные магнитные полюса отталкиваются то, следовательно, кольцо взлетает.

Опыт 2. Включим дроссельную катушку в осветительную сеть. Поместим на сердечник катушки сплошное алюминиевое кольцо. Кольцо будет висеть в воздухе, чуть подпрыгивая ( рис.4) и со временем будет достаточно сильно нагреваться .

Проблема. Почему кольцо будет висеть в воздухе, чуть подпрыгивая и со временем будет достаточно сильно нагреваться ?

Ответ. Под действием силы тяжести кольцо будет падать вниз. Но, так как у катушки непрерывно изменятся магнитное поле, как по величине, так и по направлению, то и  индукционный ток в кольце будет непрерывно изменяться по величине и направлению, поэтому магнитное поле индукционного тока кольца всегда будет направлено в сторону противоположную магнитному полю катушки.  Поэтому кольцо будет отталкиваться до тех пор, пока сила тяжести действующая на кольцо не станет равной силе магнитного отталкивания.  Дребезг кольца объясняется тем, что по катушке течет переменный электрический ток и, в те моменты,  когда ток равен нулю кольцо падает, но в следующее мгновение ток в катушке нарастает и кольцо поднимается вверх. Этот процесс продолжается непрерывно.

Опыт 3. Возьмем дроссельную катушку с ферромагнитным сердечником и вставим в сердечник алюминиевое кольцо с разрезом.  Включим катушку в осветительную сеть. Алюминиевое кольцо не взлетит ( рис.5).

Проблема. Почему кольцо не взлетит ?

Ответ. При включении катушки в осветительную сеть алюминиевое кольцо не взлетает потому, что когда по катушке течет переменный электрический ток, магнитное поле катушки резко увеличивается что приводит к появлению сильного вихревого электрического поля. Но так как алюминиевое кольцо

имеет разрез, то вихревое электрическое поле не сможет создать в нем индукционный электрический ток, следовательно и магнитное поле. Поэтому кольцо не взлетает.

                                                                                                                                            Рис.5.

 Нагревание алюминиевого кольца металлов индукционным током в переменном магнитном поле применяется в промышленности при нагревании металлических заготовок до определенной температуры или температуры плавления  ( рис.6).                                              

                                                                                                                         Рис. 6.