Anvendelse af Amperes kraftaktion i teknologi

I 1820 gjorde den danske fysiker Hans Christian Ørsted en fundamental opdagelse: Den magnetiske nål på et kompas afbøjes af en ledning, der fører en jævnstrøm. Således fandt videnskabsmanden i et eksperiment, at strømmens magnetfelt er rettet nøjagtigt vinkelret på strømmen og ikke parallelt med den, som man kunne antage.

Den franske fysiker Andre-Marie Ampere var så inspireret af demonstrationen af ​​Ørsteds eksperiment, at han besluttede at fortsætte sin forskning i denne retning på egen hånd.

Ampere var i stand til at fastslå, at ikke kun en magnetisk nål afbøjes af en strømførende leder, men to parallelle ledere, der fører jævnstrøm, kan enten tiltrække eller frastøde hinanden - afhængigt af hvilke retninger de bevæger sig i forhold til hinanden, kan strømmene i disse ledninger.

Det viste sig, at en elektrisk strøm frembringer et magnetfelt, og det magnetiske felt virker allerede på en anden strøm.Ampere konkluderede, at en strømførende ledning også kun virker på en permanent magnet (pil), fordi mange mikroskopiske strømme også flyder inde i magneten i lukkede baner, og i praksis, selvom magnetfelterne interagerer, kilderne til disse magnetfelter, strømmene , afvises. Der ville ikke være nogen magnetisk vekselvirkning uden strømme.

Som et resultat, i samme år 1820, opdagede Ampere loven, ifølge hvilken jævnstrømme interagerer. Ledere med strømme rettet i én retning tiltrækker hinanden, og ledere med modsat rettede strømme frastøder hinanden (se - Amperes lov).

Som et resultat af sit eksperimentelle arbejde fandt Ampere ud af, at kraften, der virker på en strømførende ledning placeret i et magnetfelt, afhænger lineært både af størrelsen af ​​strømmen I i ledningen og af størrelsen af ​​magnetfeltets induktion B. hvori denne ledning er placeret.

Amperes lov kan formuleres som følger. Kraften dF, hvormed magnetfeltet virker på et strømelement dI placeret i et magnetisk induktionsfelt B, er direkte proportional med strømmen og vektorproduktet af længden af ​​det ledende element dL ved den magnetiske induktion B.

Retningen af ​​Amperes kraft kan bestemmes af venstrehåndsreglen. Denne kraft er størst, når ledningen er vinkelret på linjerne med magnetisk induktion. I princippet er amperestyrken for en ledning af længden L, der bærer en strøm I placeret i et magnetisk induktionsfelt B i en vinkel alfa til magnetfeltets kraftlinjer, lig med:

I dag kan man argumentere for, at alle elektriske komponenter, hvor en elektromagnetisk handling sætter et element i mekanisk bevægelse, bruger Amperens kraft.

Princippet for drift af elektromekaniske maskiner er netop baseret på denne kraft, f.eks. i en elmotor… På et hvilket som helst tidspunkt, under driften af ​​den elektriske motor, bevæger en del af dens rotorvikling sig i magnetfeltet af strømmen fra en del af statorviklingen. Dette er en manifestation af Amperes kraft og Amperes lov om vekselvirkningen mellem strømme.

Dette princip er måske det mest almindelige i elektriske motorer, hvor elektrisk energi omdannes således til mekanisk energi.

Generatoren er i princippet den samme elektriske motor, der kun realiserer den omvendte transformation: mekanisk energi omdannes til elektrisk energi (se — Hvordan fungerer AC- og DC-generatorer?).

I motoren oplever rotorviklingen, som strømmen løber igennem, virkningen af ​​Ampere-kraften fra statormagnetfeltet (som strømmen med den ønskede retning også virker på dette tidspunkt) og dermed går motorens rotor ind i en rotationsbevægelse, rotation af akslen med belastningen.

Elbiler, sporvogne, elektriske tog og andre elektriske køretøjer oplever hjulrotation takket være en aksel, der roterer under påvirkning af Amperes kraft i en AC- eller DC-drivmotor. AC- og DC-motorer bruger ampere.

Elektriske låse (elevatordøre, porte osv.) fungerer på samme måde, i et ord - alle mekanismer, hvor elektromagnetisk påvirkning fører til mekanisk bevægelse.

For eksempel i en højttaler, der producerer lyd i højttalerne i en højttaler, vibrerer membranen, fordi den strømførende spole frastødes af magnetfeltet i den permanente magnet, som den er installeret omkring.Der dannes således lydvibrationer - strømstyrken er variabel (da strømmen i spolen ændres med frekvensen af ​​den lyd, der skal gengives) skubber diffuseren og genererer lyd.

Elektriske måleinstrumenter i det magnetoelektriske system (f.eks. analoge amperemetre) inkluderer en installeret aftagelig trådramme mellem polerne på en permanent magnet… Rammen er ophængt i spiralfjedre, gennem hvilke den målte elektriske strøm passerer gennem denne måleanordning, faktisk gennem rammen.

Når strømmen passerer gennem rammen, virker Ampere-kraften, proportional med størrelsen af ​​den givne strøm, på den i magnetfeltet af en permanent magnet, derfor roterer rammen og deformerer fjedrene. Når Ampere-kraften er afbalanceret af fjederkraften, holder rammen op med at rotere, og på det tidspunkt kan aflæsninger foretages.

En pil er forbundet til rammen, der peger på måleapparatets graduerede skala. Afbøjningsvinklen af ​​pilen viser sig at være proportional med den samlede strøm, der passerer gennem rammen. Rammen består normalt af flere omgange (se — Amperemeter og voltmeter).