Aplicarea acțiunii forței lui Ampere în tehnologie

În 1820, fizicianul danez Hans Christian Oersted a făcut o descoperire fundamentală: acul magnetic al busolei este deviat de un fir care transportă un curent electric continuu. Astfel, omul de știință a descoperit într-un experiment că câmpul magnetic al curentului este direcționat exact perpendicular pe curent și nu paralel cu acesta, așa cum s-ar putea presupune.

Fizicianul francez Andre-Marie Ampere a fost atât de inspirat de demonstrația experimentului lui Oersted încât a decis să-și continue cercetările în această direcție pe cont propriu.

Ampere a reușit să stabilească că nu numai un ac magnetic este deviat de un conductor care transportă curent, dar doi conductori paraleli care transportă curenți continui se pot atrage sau respinge unul pe celălalt - în funcție de direcțiile în care se deplasează unul față de celălalt, curenții din acestea. fire.

S-a dovedit că un curent electric produce un câmp magnetic, iar câmpul magnetic acționează deja asupra unui alt curent.Ampere a concluzionat că un fir purtător de curent acționează și asupra unui magnet permanent (săgeată) doar pentru că în interiorul magnetului curg și mulți curenți microscopici pe căi închise, iar în practică, deși câmpurile magnetice interacționează, sursele acestor câmpuri magnetice, curenții , sunt respinse. Nu ar exista interacțiune magnetică fără curenți.

Drept urmare, în același an 1820, Ampere a descoperit legea conform căreia curenții electrici continui interacționează. Conductorii cu curenți direcționați într-o direcție se atrag unul pe altul, iar conductorii cu curenți direcționați opus se resping reciproc (vezi - Legea lui Ampere).

Ca rezultat al muncii sale experimentale, Ampere a descoperit că forța care acționează asupra unui fir purtător de curent plasat într-un câmp magnetic depinde liniar atât de mărimea curentului I din fir, cât și de mărimea inducției B a câmpului magnetic. in care se pune acest fir .

Legea lui Ampere poate fi formulată după cum urmează. Forța dF cu care acționează câmpul magnetic asupra unui element de curent dI situat într-un câmp magnetic de inducție B este direct proporțională cu curentul și produsul vectorial al lungimii elementului conductor dL de inducția magnetică B.

Direcția forței lui Ampere poate fi determinată de regula mâinii stângi. Această forță este cea mai mare atunci când firul este perpendicular pe liniile de inducție magnetică. În principiu, puterea amperului pentru un fir de lungime L care transportă un curent I plasat într-un câmp magnetic de inducție B la un unghi alfa față de liniile de forță ale câmpului magnetic este egală cu:

Astăzi, se poate argumenta că toate componentele electrice în care o acțiune electromagnetică pune un element în mișcare mecanică folosesc forța Amperei.

Principiul de funcționare al mașinilor electromecanice se bazează tocmai pe această forță, de exemplu, într-un motor electric… În orice moment, în timpul funcționării motorului electric, o parte din înfășurarea rotorului acestuia se mișcă în câmpul magnetic al curentului unei părți din înfășurarea statorului. Aceasta este o manifestare a forței lui Ampere și a legii lui Ampere a interacțiunii curenților.

Acest principiu este poate cel mai comun la motoarele electrice, unde energia electrică este astfel transformată în energie mecanică.

Generatorul, în principiu, este același motor electric, realizând doar transformarea inversă: energia mecanică este transformată în energie electrică (vezi — Cum funcționează generatoarele AC și DC?).

În motor, înfășurarea rotorului, prin care trece curentul, experimentează acțiunea forței Amperi din câmpul magnetic al statorului (pe care acționează și curentul cu direcția dorită în acest moment) și astfel rotorul motorului intră în o mișcare de rotație, rotație a arborelui cu sarcina.

Mașinile electrice, tramvaiele, trenurile electrice și alte vehicule electrice se confruntă cu rotația roților datorită unui arbore care se rotește sub acțiunea forței lui Ampere într-un motor de antrenare AC sau DC. Motoarele AC și DC folosesc amperi.

Încuietorile electrice (uși de lift, porți etc.) funcționează în același mod, într-un cuvânt - toate mecanismele în care acțiunea electromagnetică duce la mișcare mecanică.

De exemplu, într-un difuzor care produce sunet în difuzoarele unui difuzor, membrana vibrează deoarece bobina purtătoare de curent este respinsă de câmpul magnetic al magnetului permanent în jurul căruia este instalată.Astfel se formează vibrațiile sonore — Amperajul este variabil (deoarece curentul din bobină se modifică odată cu frecvența sunetului de reprodus) împinge difuzorul, generând sunet.

Instrumentele electrice de măsurare ale sistemului magnetoelectric (de exemplu, ampermetre analogice) includ un cadru de sârmă detașabil instalat între polii unui magnet permanent… Cadrul este suspendat pe arcuri spiralate, prin care curentul electric măsurat trece prin acest dispozitiv de măsurare, de fapt, prin cadru.

Când curentul trece prin cadru, forța Amperi, proporțională cu mărimea curentului dat, acționează asupra acestuia în câmpul magnetic al unui magnet permanent, prin urmare cadrul se rotește, deformând arcurile. Când forța Amperi este echilibrată de forța arcului, cadrul se oprește din rotire și în acel moment pot fi luate citiri.

O săgeată este conectată la cadru, îndreptând spre scara gradată a dispozitivului de măsurare. Unghiul de deviere al săgeții se dovedește a fi proporțional cu curentul total trecut prin cadru. Cadrul constă de obicei din mai multe spire (vezi — Dispozitiv ampermetru și voltmetru).