Ampero dėsnis

Šiame straipsnyje kalbėsime apie Ampero dėsnį – vieną pagrindinių elektrodinamikos dėsnių. „Ampere“ jėga šiandien veikia daugelyje elektros mašinų ir įrenginių, o dėl „Ampere“ jėgos XX amžiuje tapo įmanoma pažanga, susijusi su elektrifikavimu daugelyje gamybos sričių. Ampero įstatymas yra tvirtas iki šių dienų ir toliau ištikimai tarnauja šiuolaikinei inžinerijai. Taigi prisiminkime, kam esame skolingi už šią pažangą ir kaip viskas prasidėjo.

1820 metais didysis prancūzų fizikas Andre Marie Ampere paskelbė apie savo atradimą. Mokslų akademijoje jis kalbėjo apie dviejų srovių laidininkų sąveikos reiškinį: priešingos srovės laidininkai vienas kitą atstumia, o nuolatinėmis srovėmis vienas kitą traukia. Ampere'as taip pat teigė, kad magnetizmas buvo visiškai elektrinis.

Kurį laiką mokslininkas atliko savo eksperimentus ir galiausiai patvirtino savo prielaidą. Galiausiai, 1826 m., jis paskelbė „Elektrodinamikos reiškinių teoriją, gautą išimtinai iš patirties“.Nuo to laiko magnetinio skysčio idėja buvo atmesta kaip nereikalinga, nes magnetizmą, kaip paaiškėjo, sukėlė elektros srovės.

Ampere'as padarė išvadą, kad nuolatinių magnetų viduje taip pat yra elektros srovės, apskritos molekulinės ir atominės srovės, statmenos ašiai, einančios per nuolatinio magneto polius. Ritė elgiasi kaip nuolatinis magnetas, per kurį srovė teka spirale. Ampere'as gavo visą teisę užtikrintai teigti: „visi magnetiniai reiškiniai yra redukuojami į elektrinius veiksmus“.

Atlikdamas savo tiriamąjį darbą, Ampere'as taip pat atrado ryšį tarp srovės elementų sąveikos jėgos ir šių srovių dydžių, taip pat rado šios jėgos išraišką. Ampère'as pažymėjo, kad srovių sąveikos jėgos nėra pagrindinės, kaip gravitacinės jėgos. Formulė, kurią išvedė Ampere, šiandien įtraukta į kiekvieną elektrodinamikos vadovėlį.

Amperas nustatė, kad priešingos krypties srovės atstumia, o tos pačios krypties srovės traukia, jei srovės statmenos, tai tarp jų nėra magnetinės sąveikos. Tai mokslininko atlikto elektros srovių sąveikos, kaip pagrindinių magnetinės sąveikos priežasčių, tyrimo rezultatas. Amperas atrado mechaninės elektros srovių sąveikos dėsnį ir taip išsprendė magnetinės sąveikos problemą.

Norint išaiškinti dėsnius, pagal kuriuos srovių mechaninės sąveikos jėgos yra susijusios su kitais dydžiais, šiandien galima atlikti eksperimentą, panašų į Ampero eksperimentą.Norėdami tai padaryti, santykinai ilgas laidas su srove I1 yra pritvirtintas nejudėdamas, o trumpas laidas su srove I2 yra judamas, pavyzdžiui, judamojo rėmo apatinė pusė su srove bus antrasis laidas. Rėmas yra prijungtas prie dinamometro, kad būtų galima išmatuoti jėgą F, veikiančią rėmą, kai srovės laidininkai yra lygiagrečiai.

Iš pradžių sistema yra subalansuota ir atstumas R tarp eksperimentinės sąrankos laidų yra žymiai mažesnis, palyginti su šių laidų ilgiu l. Eksperimento tikslas – išmatuoti laidų atstūmimo jėgą.

Srovę, tiek stacionariuose, tiek judamuose laiduose, galima reguliuoti naudojant reostatus. Keičiant atstumą R tarp laidų, keičiant srovę kiekviename iš jų, galima nesunkiai rasti priklausomybes, pamatyti kaip nuo srovės ir nuo atstumo priklauso laidų mechaninės sąveikos stiprumas.

Jei srovė I2 ​​judančiame rėme nekinta, o srovė I1 stacionariame laide padidės tam tikrą skaičių kartų, tai laidų sąveikos jėga F padidės tiek pat. Panašiai situacija vystosi, jei srovė I1 fiksuotame laide nekinta, o srovė I2 ​​rėme keičiasi, tada sąveikos jėga F keičiasi taip pat, kaip ir tada, kai srovė I1 keičiasi stacionariame laide esant pastoviai srovei I2 rėmas. Taigi darome akivaizdžią išvadą - laidų F sąveikos jėga yra tiesiogiai proporcinga srovei I1 ir srovei I2.

Jei dabar pakeistume atstumą R tarp sąveikaujančių laidų, paaiškėtų, kad šiam atstumui didėjant jėga F mažėja ir mažėja tokiu pat koeficientu kaip ir atstumas R.Taigi laidų su srovėmis I1 ir I2 mechaninės sąveikos jėga F yra atvirkščiai proporcinga atstumui R tarp jų.

Keičiant judančios vielos dydį l, nesunku užtikrinti, kad jėga taip pat būtų tiesiogiai proporcinga sąveikaujančios pusės ilgiui.

Dėl to galite įvesti proporcingumo koeficientą ir parašyti:

Ši formulė leidžia rasti jėgą F, kuria magnetinis laukas, kurį sukuria be galo ilgas laidininkas, kurio srovė I1, veikia lygiagrečią laidininko, kurio srovė yra I2, atkarpą, o atkarpos ilgis yra l, o R yra atstumas. tarp sąveikaujančių laidininkų. Ši formulė yra nepaprastai svarbi tiriant magnetizmą.

Kraštinių santykis gali būti išreikštas magnetine konstanta taip:

Tada formulė bus tokia:

Jėga F dabar vadinama Ampero jėga, o dėsnis, lemiantis šios jėgos dydį, yra Ampero dėsnis. Ampero dėsnis taip pat vadinamas dėsniu, kuris nustato jėgą, kuria magnetinis laukas veikia nedidelę srovės laidininko dalį:

Jėga dF, kuria magnetinis laukas veikia laidininko elementą dl, kurio srovė yra magnetiniame lauke, yra tiesiogiai proporcinga srovės dI stiprumui laidininke ir elemento vektorinei sandaugai, kurios ilgis dl laidininkas ir magnetinė indukcija B «:

Ampero jėgos kryptis nustatoma pagal vektorinės sandaugos apskaičiavimo taisyklę, kurią patogu atsiminti naudojant kairiosios rankos taisyklę, kuri nurodo pagrindiniai elektrotechnikos dėsniai, o Ampero jėgos modulis gali būti apskaičiuojamas pagal formulę:

Čia alfa yra kampas tarp magnetinės indukcijos vektoriaus ir srovės krypties.

Akivaizdu, kad ampero jėga yra didžiausia, kai srovės laidininko elementas yra statmenas magnetinės indukcijos B linijoms.

„Ampere“ galios dėka šiandien veikia daug elektros mašinų, kuriose srovės laidai sąveikauja tarpusavyje ir su elektromagnetiniu lauku. Dauguma generatorių ir variklių vienaip ar kitaip savo darbe naudoja amperinę galią. Elektros variklių rotoriai dėl Ampero jėgos sukasi savo statorių magnetiniame lauke.

Elektrinės transporto priemonės: tramvajai, elektriniai traukiniai, elektromobiliai – visi jie naudoja Ampere galią, kad galiausiai suktų ratus. Elektrinės spynos, lifto durys ir tt Garsiakalbiai, garsiakalbiai – juose srovės ritės magnetinis laukas sąveikauja su nuolatinio magneto magnetiniu lauku, sudarydamas garso bangas. Galiausiai dėl Ampero jėgos plazma suspaudžiama tokamakais.