Ви, напевно, спостерігали чудову демонстрацію правила Ленца за допомогою пристрою, зображеного на фіг. 16.7. Це електромагніт, точнісінько такий самий, як котушка a на фіг. 16.5. На одному кінці електромагніта розміщується алюмінієве кільце. Якщо за допомогою перемикача приєднати котушку до генератора змінного струму, то кільце злітає в повітря. Силу, звісно, породжують струми, що індукуються в кільці. Той факт, що кільце відлітає геть, показує, що струми в ньому перешкоджають зміні поля, яке проходить крізь кільце. Коли в магніта північний полюс перебуває зверху, індукований струм у кільці створює внизу північний полюс. Кільце і котушка відштовхуються точнісінько так само, як два магніти, прикладені однаковими полюсами. Якщо в кільці зробити тонкий розріз по радіусу, сила зникає — переконливий доказ того, що вона справді зумовлена струмами в кільці.Якщо замість кільця біля краю електромагніта помістити алюмінієвий або мідний диск, то й він відштовхується; індуковані струми циркулюють у матеріалі диска і знову спричиняють відштовхування.
Цікавий ефект, у своїй основі схожий на попередній, виникає з листом ідеального провідника. В «ідеальному провіднику» струм зовсім не зустрічає опору. Тому струми, що виникли в ньому, можуть текти не перестаючи. Фактично найменша е. р. с. створила б скільки завгодно великий струм, а це насправді означає, що в ньому взагалі не може бути е. р. с. Будь-яка спроба створити магнітний потік, що проходить крізь такий лист, викличе струми, які утворюють протилежно спрямовані поля В — усі зі скільки завгодно малими е. р. с, так що жодного потоку не буде.
Якщо до листа ідеального провідника ми піднесемо електромагніт, то при вмиканні струму в магніті в листі виникають струми (звані вихровими струмами), і жодний магнітний потік не пройде. Лінії поля матимуть вигляд, показаний на фіг. 16.8. Те саме станеться, якщо до ідеального провідника піднести постійний магніт. Оскільки вихрові струми створюють протилежні поля, магніти від провідника відштовхуються.
Тому виявляється можливим підвісити постійний магніт у повітрі над листом ідеального провідника, виготовленого у формі тарілки (фіг. 16.9). Магніт підтримуватиметься в повітрі за рахунок відштовхування індукованих вихрових струмів в ідеальному провіднику. За звичайних температур ідеальних провідників не існує, але деякі матеріали за достатньо низьких температур стають ідеальними провідниками. Так, за температури нижче 3,8° К олово стає ідеальним провідником; тоді його називають надпровідником.Якщо провідник, показаний на фіг. 16.8, не зовсім ідеальний, то виникне деякий опір течії вихрових струмів. Струми будуть поступово завмирати, і магніт повільно опуститься. У неідеальному провіднику, щоб текти далі, вихровим струмам потрібна деяка е. р. с, а для виникнення е. р. с. потік повинен безперервно змінюватися. Потік магнітного поля поступово проникає в провідник.
У звичайному провіднику є не тільки сили відштовхування за рахунок вихрових струмів, але можуть бути й бічні сили. Наприклад, якщо ми пересуваємо магніт над провідною поверхнею, вихрові струми створюють гальмівну силу, тому що індуковані струми перешкоджають зміні потоку. Такі сили пропорційні швидкості й схожі на сили в'язкості.
Ці ефекти добре спостерігаються на приладі, зображеному на фіг. 16.10. Квадратна мідна пластинка закріплена на кінці стрижня, утворюючи маятник. Пластинка гойдається туди-сюди між полюсами електромагніта. Коли магніт вмикається, рух маятника несподівано припиняється. Щойно металева пластинка потрапляє в зазор магніта, у ній індукується струм, який прагне перешкодити зміні потоку крізь пластинку. Якби пластинка була ідеальним провідником, струми були б настільки великі, що вони знову виштовхнули б пластинку і вона відскочила б назад. У мідній же пластинці є деякий опір, тому струми спочатку змушують пластинку майже намертво застигнути, коли вона починає входити в поле. Потім, у міру того як струми завмирають, пластинка продовжує повільно рухатися в магнітному полі і зупиняється зовсім.
Схему вихрових струмів у мідному маятнику пояснює фіг. 16.11. Сила й розташування струмів вельми чутливі до форми пластинки.
Якщо, скажімо, замість мідної пластинки взяти іншу, у якій є ряд вузьких щілин (фіг. 16.12), то ефекти вихрових струмів сильно зменшаться. Маятник проходить крізь магнітне поле лише з невеликою гальмівною силою. Причина в тому, що струми в кожній частині пластинки збуджуються меншими за величиною потоками і, отже, ефекти опору кожної петлі виявляються більшими. Чим менші струми, тим менше й гальмування. В'язкий характер сили проявиться ще наочніше, якщо мідну пластинку помістити між полюсами магніта, а потім відпустити її. Пластинка не падає, вона просто повільно опускається. Вихрові струми чинять сильний опір руху, точнісінько як в'язкий опір меду.Якщо ми не будемо протягувати провідник повз магніт, а спробуємо обертати його в магнітному полі, то в ньому в результаті тих самих ефектів виникне гальмівний момент. І навпаки, якщо обертати магніт, міняючи місцями його полюси, поблизу провідної площини або кільця, то кільце повернеться за магнітом, струми в кільці створять момент, що прагне повернути кільце разом із магнітом.
Поле, дуже схоже на поле магніта, що обертається, можна створити за допомогою пристрою з котушок (фіг. 16.13). Ми беремо залізний тор (тобто залізне кільце у формі бублика) і намотуємо на нього шість котушок. Спрямувавши струм так, як показано на фіг. 16.13, а, через обмотки 1 і 4, ми отримаємо магнітне поле в напрямку, вказаному стрілками. Якщо ми тепер переключимо струм на обмотки 2 і 5, то магнітне поле буде спрямоване вже по-іншому (фіг. 16.13, б). Продовжуючи так діяти, ми отримуємо послідовність полів, зображених на решті частин нашого малюнка. Якщо процес проводити плавно, то вийде «магнітне поле, що обертається». Приєднавши котушки до мережі трифазного струму (а вона дає саме таку послідовність струмів), ми легко отримаємо потрібну послідовність струмів. «Трифазний струм» створюється генератором, що використовує принцип фіг. 16.1, за тим винятком, що на осі симетрично закріплюються три рамки, тобто кожна під кутом 120° до сусідньої. Коли рамки обертаються як єдине ціле, е. р. с. максимальна в одній рамці, потім в іншій і т. д. у правильній послідовності.
Трифазний струм має багато практичних переваг. Одна з них полягає в можливості отримати магнітне поле, що обертається. Момент, що діє на провідник з боку такого поля, що обертається, легко виявляється на металевому кільці, поставленому на ізолювальній підставці прямо над тором (фіг. 16.14). Поле, що обертається, викликає обертання кільця навколо вертикальної осі. Тут видно ті самі основні елементи, що є у великих промислових трифазних індукційних двигунах.
Інший тип індукційного двигуна показано на фіг. 16.15. Цей пристрій непридатний для практичних високоефективних двигунів, але ілюструє основний принцип. Електромагніт M, що складається з пачки прокатаних залізних листів, на яку намотана спіральна обмотка, живиться від генератора змінного струму. Магніт створює змінний потік поля В крізь алюмінієвий диск. Якщо є лише ці два компоненти (див. фіг. 16.15, а), у нас ще немає двигуна. У диску є вихрові струми, але вони симетричні, і момент не виникає. (Диск буде трохи нагріватися за рахунок струмів індукції.)
Якщо тепер ми закриємо лише одну половину магнітного полюса алюмінієвою пластинкою (фіг. 16.15, б), то диск почне обертатися і ми отримаємо двигун. Його дія пов'язана з двома ефектами вихрових струмів. По-перше, вихрові струми в алюмінієвій пластинці перешкоджають зміні потоку крізь неї, тому магнітне поле над пластинкою завжди відстає від поля над непокритою частиною полюса. Цей так званий ефект «затіненого полюса» створює поле, яке в «затіненій» області змінюється зовсім так само, як і в «незатіненій», за винятком постійного запізнення в часі. Ефект у цілому такий, як ніби є вдвічі вужчий магніт, що постійно пересувається з незатіненої області в затінену. По-друге, змінювані поля взаємодіють з вихровими струмами диска, створюючи в ньому момент сили.