Опыт Элиу Томсона

Опыт Элиу Томсона — эффектная наглядная демонстрация правила Ленца, предложенная Элиу Томсоном (англ. Elihu Thomson).

Суть опыта

Экспериментальная установка представляет собой вертикально расположенный соленоид с сердечником. На сердечник надето широкое толстое кольцо из лёгкого металла с малым удельным сопротивлением (например, алюминия). Концы соленоида подключаются к городской сети переменного тока. При замыкании тока кольцо подбрасывается до потолка большой аудитории. Если кольцо удерживать неподвижно (например, щипцами), оно сильно разогревается. Если вместо алюминия взять более тяжёлую медь, то она не будет подбрасываться вверх, даже если свободна, но при этом также будет наблюдаться разогрев металла.

Физическое объяснение

При протекании переменного тока через обмотку соленоида в сердечнике возникает переменное магнитное поле, возбуждающее индукционные токи в кольце. Согласно правилу Ленца, эти токи текут таким образом, чтобы уменьшить то поле, которое их создаёт, то есть они текут в сторону, противоположную току в обмотке соленоида. В результате между током в соленоиде током в кольце возникает отталкивающая сила Ампера. Если сопротивление кольца невелико, то индукционный ток достигает значительной величины, и сила отталкивания способна подкинуть кольцо на несколько метров вверх. Если силы недостаточно, чтобы подкинуть кольцо, или если удерживать кольцо внешним воздействием, то возбуждаемые токи индукции приводят к разогреву кольца в соответствии с законом Джоуля — Ленца.

Литература

• Сивухин Д. В. § 65. Правило Ленца // Общий курс физики. — М.: Наука, 1977. — Т. III. Электричество. — С. 269—270. — 688 с.