Legea lui Ampere

În acest articol, vom vorbi despre legea lui Ampere, una dintre legile de bază ale electrodinamicii. Forța lui Ampere funcționează astăzi în multe mașini și instalații electrice și, datorită forței lui Ampere în secolul al XX-lea, au devenit posibile progrese legate de electrificare în multe domenii de producție. Legea lui Ampere este fermă până în ziua de azi și continuă să servească cu fidelitate ingineriei moderne. Așa că să ne amintim cui îi datorăm acest progres și cum a început totul.

În 1820, marele fizician francez Andre Marie Ampere și-a anunțat descoperirea. A vorbit la Academia de Științe despre fenomenul interacțiunii a doi conductori purtători de curent: conductorii cu curenți opuși se resping reciproc, iar cu curenții continui se atrag unul pe altul. Ampere a sugerat, de asemenea, că magnetismul era în întregime electric.

De ceva timp, omul de știință și-a condus experimentele și, în cele din urmă, și-a confirmat presupunerea. În cele din urmă, în 1826, a publicat Teoria fenomenelor electrodinamice derivate exclusiv din experiență.Din acel moment, ideea unui fluid magnetic a fost respinsă ca inutilă, deoarece magnetismul, după cum sa dovedit, a fost cauzat de curenți electrici.

Ampere a concluzionat că magneții permanenți au și curenți electrici în interior, curenți moleculari și atomici circulari perpendiculari pe axa care trece prin polii unui magnet permanent. Bobina se comportă ca un magnet permanent prin care curge curentul în spirală. Ampere a primit dreptul deplin de a afirma cu încredere: „toate fenomenele magnetice sunt reduse la acțiuni electrice”.

În cursul muncii sale de cercetare, Ampere a descoperit și relația dintre forța de interacțiune a elementelor curente cu mărimile acestor curenți, el a găsit și o expresie pentru această forță. Ampère a subliniat că forțele de interacțiune ale curenților nu sunt centrale, precum forțele gravitaționale. Formula derivată de Ampere este inclusă astăzi în fiecare manual de electrodinamică.

Ampere a descoperit că curenții din direcția opusă se resping și curenții din aceeași direcție se atrag, dacă curenții sunt perpendiculari, atunci nu există interacțiune magnetică între ei. Acesta este rezultatul investigației oamenilor de știință asupra interacțiunilor curenților electrici ca adevărate cauze fundamentale ale interacțiunilor magnetice. Ampere a descoperit legea interacțiunii mecanice a curenților electrici și a rezolvat astfel problema interacțiunilor magnetice.

Pentru a clarifica legile prin care forțele de interacțiune mecanică ale curenților sunt legate de alte mărimi, este posibil să se efectueze un experiment similar cu experimentul lui Ampere de astăzi.Pentru a face acest lucru, un fir relativ lung cu curent I1 este fix staționar, iar un fir scurt cu curent I2 este făcut mobil, de exemplu, partea inferioară a cadrului mobil cu curent va fi al doilea fir. Cadrul este conectat la un dinamometru pentru a măsura forța F care acționează asupra cadrului atunci când conductoarele sub tensiune sunt paralele.

Inițial, sistemul este echilibrat și distanța R dintre firele configurației experimentale este semnificativ mai mică în comparație cu lungimea l a acestor fire. Scopul experimentului este de a măsura forța de respingere a firelor.

Curentul, atât în ​​firele staționare, cât și în mișcare, poate fi reglat cu ajutorul reostatelor. Schimbând distanța R dintre fire, schimbând curentul în fiecare dintre ele, se pot găsi cu ușurință dependențe, se vede cum puterea interacțiunii mecanice a firelor depinde de curent și de distanță.

Dacă curentul I2 din cadrul în mișcare este neschimbat și curentul I1 din firul staționar crește de un anumit număr de ori, atunci forța F de interacțiune a firelor va crește cu aceeași cantitate. În mod similar, situația se dezvoltă dacă curentul I1 din firul fix este neschimbat și curentul I2 din cadru se modifică, atunci forța de interacțiune F se modifică în același mod ca atunci când curentul I1 se modifică în firul staționar cu un curent constant I2 în rama. Astfel ajungem la concluzia evidentă — forța de interacțiune a firelor F este direct proporțională cu curentul I1 și curentul I2.

Dacă acum schimbăm distanța R dintre firele care interacționează, se dovedește că pe măsură ce această distanță crește, forța F scade și scade cu același factor ca distanța R.Astfel, forța interacțiunii mecanice F a firelor cu curenții I1 și I2 este invers proporțională cu distanța R dintre ele.

Variind dimensiunea l a firului mobil, este ușor de asigurat că forța este, de asemenea, direct proporțională cu lungimea părții care interacționează.

Ca rezultat, puteți introduce factorul de proporționalitate și scrieți:

Această formulă vă permite să găsiți forța F cu care câmpul magnetic generat de un conductor infinit de lung cu un curent I1 acționează asupra unei secțiuni paralele a unui conductor cu un curent I2, în timp ce lungimea secțiunii este l și R este distanța între conductorii care interacţionează. Această formulă este extrem de importantă în studiul magnetismului.

Raportul de aspect poate fi exprimat în termeni de constantă magnetică ca:

Apoi formula va lua forma:

Forța F se numește acum forța lui Ampere, iar legea care determină mărimea acestei forțe este legea lui Ampere. Legea lui Ampere se mai numește și lege care determină forța cu care acționează un câmp magnetic asupra unei mici secțiuni a unui conductor care poartă curent:

«Forța dF cu care acționează câmpul magnetic asupra elementului dl al conductorului cu un curent în câmp magnetic este direct proporțională cu puterea curentului dI în conductor și produsul vectorial al elementului cu lungimea dl a conductor și inducție magnetică B «:

Direcția forței lui Ampere este determinată de regula pentru calcularea produsului vectorial, care este convenabil de reținut folosind regula stângii, care se referă la legile de bază ale ingineriei electrice, iar modulul de forță Ampere poate fi calculat prin formula:

Aici, alfa este unghiul dintre vectorul de inducție magnetică și direcția curentului.

Evident, forța Amperi este maximă atunci când elementul conductorului purtător de curent este perpendicular pe liniile de inducție magnetică B.

Datorită puterii lui Ampere, astăzi funcționează multe mașini electrice, unde firele purtătoare de curent interacționează între ele și cu un câmp electromagnetic. Majoritatea generatoarelor și motoarelor folosesc într-un fel sau altul puterea Ampere în activitatea lor. Rotoarele motoarelor electrice se rotesc în câmpul magnetic al statoarelor lor datorită forței lui Ampere.

Vehicule electrice: tramvaie, trenuri electrice, mașini electrice - toate folosesc puterea lui Ampere pentru a-și face roțile să se întoarcă în cele din urmă. Încuietori electrice, uși de lift, etc. Difuzoare, difuzoare - în ele câmpul magnetic al bobinei curente interacționează cu câmpul magnetic al unui magnet permanent, formând unde sonore. În cele din urmă, plasma este comprimată în tokamak datorită forței lui Ampere.