Номер 3, страница 107 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Подумайте, почему сердечник делают не сплошным, а состоящим из отдельных пластин.

Сердечники трансформаторов, электродвигателей, генераторов и других электромагнитных устройств, работающих на переменном токе, изготавливают не сплошными, а из набора тонких изолированных друг от друга пластин для борьбы с явлением, известным как вихревые токи или токи Фуко.

Когда через обмотку, намотанную на сердечник, протекает переменный ток, в сердечнике возникает переменное магнитное поле. Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, это переменное магнитное поле индуцирует электродвижущую силу (ЭДС) не только во вторичных обмотках, но и в самом материале сердечника, поскольку он является проводником. Эта ЭДС создает замкнутые электрические токи внутри сердечника, которые и называются вихревыми токами.

В сплошном (монолитном) сердечнике вихревые токи могут достигать очень большой величины, так как они циркулируют по путям с малым электрическим сопротивлением. В соответствии с законом Джоуля-Ленца, мощность тепловых потерь, вызываемых этими токами, пропорциональна квадрату силы тока ($P = I^2R$). Значительные вихревые токи приводят к сильному нагреву сердечника, что вызывает несколько негативных последствий: снижение коэффициента полезного действия (КПД) устройства из-за бесполезной траты энергии на нагрев и риск перегрева и повреждения изоляции обмоток, что может привести к выходу устройства из строя.

Чтобы уменьшить вихревые токи, сердечник собирают из тонких пластин (этот процесс называется шихтовкой), изготовленных из электротехнической стали. Эти пластины изолированы друг от друга тонким слоем лака, оксидной пленки или другого диэлектрика. Пластины располагаются параллельно направлению магнитного потока.

Такая конструкция искусственно увеличивает сопротивление на пути вихревых токов. Токи вынуждены протекать в пределах каждой тонкой пластины, что резко ограничивает их величину. Поскольку мощность потерь пропорциональна квадрату тока, уменьшение тока даже в несколько раз приводит к многократному снижению потерь энергии на нагрев. Таким образом, использование наборного сердечника вместо сплошного является ключевым инженерным решением для повышения эффективности и надежности электромагнитных устройств.

Ответ: Сердечник делают состоящим из отдельных, изолированных друг от друга пластин (шихтованным) для того, чтобы уменьшить вихревые токи (токи Фуко), которые возникают в нем под действием переменного магнитного поля. Разделение сердечника на пластины значительно увеличивает его электрическое сопротивление в направлении, перпендикулярном магнитному потоку, что приводит к существенному снижению величины вихревых токов и, как следствие, к уменьшению потерь энергии на нагрев и повышению КПД устройства.