Amperes lov

I denne artikel vil vi tale om Amperes lov, en af ​​elektrodynamikkens grundlæggende love. Amperens kraft er på arbejde i dag i mange elektriske maskiner og installationer, og takket være Amperens styrke i det 20. århundrede blev fremskridt relateret til elektrificering i mange produktionsområder mulige. Amperes lov er standhaftig den dag i dag og fortsætter trofast med at tjene moderne teknik. Så lad os huske, hvem vi skylder dette fremskridt, og hvordan det hele begyndte.

I 1820 annoncerede den store franske fysiker Andre Marie Ampere sin opdagelse. Han talte på Videnskabsakademiet om fænomenet med samspillet mellem to strømførende ledere: ledere med modsatte strømme frastøder hinanden, og med jævnstrøm tiltrækker de hinanden. Ampere foreslog også, at magnetisme var helt elektrisk.

I nogen tid udførte videnskabsmanden sine eksperimenter og bekræftede til sidst sin antagelse. Til sidst udgav han i 1826 The Theory of Electrodynamic Phenomena Derived Exclusive from Experience.Fra det tidspunkt blev ideen om en magnetisk væske afvist som unødvendig, da magnetisme, som det viste sig, var forårsaget af elektriske strømme.

Ampere konkluderede, at permanente magneter også har elektriske strømme indeni, cirkulære molekylære og atomare strømme vinkelret på aksen, der passerer gennem polerne af en permanent magnet. Spolen opfører sig som en permanent magnet, hvorigennem strømmen løber i en spiral. Ampere modtog den fulde ret til selvsikkert at hævde: "alle magnetiske fænomener er reduceret til elektriske handlinger."

I løbet af sit forskningsarbejde opdagede Ampere også forholdet mellem kraften af ​​vekselvirkning af nuværende elementer med størrelsen af ​​disse strømme, han fandt også et udtryk for denne kraft. Ampère påpegede, at kræfterne ved vekselvirkning af strømme ikke er centrale, ligesom gravitationskræfter. Formlen, som Ampere udledte, er inkluderet i enhver lærebog om elektrodynamik i dag.

Ampere fandt, at strømme fra den modsatte retning frastøder og strømme fra samme retning tiltrækker, hvis strømmene er vinkelrette, er der ingen magnetisk vekselvirkning mellem dem. Dette er resultatet af videnskabsmandens undersøgelse af vekselvirkningerne mellem elektriske strømme som de sande grundårsager til magnetiske vekselvirkninger. Ampere opdagede loven om mekanisk vekselvirkning af elektriske strømme og løste dermed problemet med magnetiske vekselvirkninger.

For at klarlægge de love, hvormed kræfterne ved mekanisk vekselvirkning af strømme er relateret til andre størrelser, er det muligt at udføre et eksperiment, der ligner Amperes eksperiment i dag.For at gøre dette er en relativt lang ledning med strøm I1 fast stationær, og en kort ledning med strøm I2 gøres bevægelig, for eksempel vil undersiden af ​​den bevægelige ramme med strøm være den anden ledning. Rammen er forbundet til et dynamometer for at måle kraften F, der virker på rammen, når strømførende ledere er parallelle.

Indledningsvis er systemet afbalanceret, og afstanden R mellem ledningerne i forsøgsopstillingen er væsentligt mindre sammenlignet med længden l af disse ledninger. Formålet med forsøget er at måle ledningernes frastødende kraft.

Strømmen, i både stationære og bevægelige ledninger, kan reguleres ved hjælp af reostater. Ved at ændre afstanden R mellem ledningerne, ved at ændre strømmen i hver af dem, kan man nemt finde afhængigheder, se hvordan styrken af ​​ledningernes mekaniske vekselvirkning afhænger af strømmen og af afstanden.

Hvis strømmen I2 i den bevægelige ramme er uændret, og strømmen I1 i den stationære ledning stiger et vist antal gange, vil kraften F af ledningernes interaktion stige med samme mængde. Tilsvarende udvikler situationen sig, hvis strømmen I1 i den faste ledning er uændret, og strømmen I2 i rammen ændres, så ændres vekselvirkningskraften F på samme måde, som når strømmen I1 ændres i den stationære ledning med en konstant strøm I2 i rammen. Således når vi den indlysende konklusion - kraften af ​​vekselvirkningen af ​​ledningerne F er direkte proportional med strømmen I1 og strømmen I2.

Hvis vi nu ændrer afstanden R mellem de interagerende ledninger, viser det sig, at når denne afstand øges, aftager og aftager kraften F med samme faktor som afstanden R.Således er kraften af ​​den mekaniske vekselvirkning F af ledningerne med strømmene I1 og I2 omvendt proportional med afstanden R mellem dem.

Ved at variere størrelsen l på den bevægelige ledning er det nemt at sikre, at kraften også er direkte proportional med længden af ​​den samvirkende side.

Som et resultat kan du indtaste proportionalitetsfaktoren og skrive:

Denne formel giver dig mulighed for at finde den kraft F, hvormed magnetfeltet genereret af en uendelig lang leder med en strøm I1 virker på en parallel sektion af en leder med en strøm I2, mens længden af ​​sektionen er l og R er afstanden mellem de interagerende ledere. Denne formel er ekstremt vigtig i studiet af magnetisme.

Størrelsesforholdet kan udtrykkes i form af den magnetiske konstant som:

Så vil formlen have formen:

Kraften F kaldes nu Amperes kraft, og loven, der bestemmer størrelsen af ​​denne kraft, er Amperes lov. Amperes lov kaldes også en lov, der bestemmer den kraft, hvormed et magnetfelt virker på en lille del af en strømførende leder:

«Den kraft dF, hvormed magnetfeltet virker på elementet dl af lederen med en strøm i magnetfeltet, er direkte proportional med styrken af ​​strømmen dI i lederen og vektorproduktet af elementet med længden dl af leder og magnetisk induktion B «:

Retningen af ​​Amperes kraft bestemmes af reglen for beregning af vektorproduktet, som er praktisk at huske ved at bruge venstrehåndsreglen, som henviser til grundlæggende love for elektroteknik, og Ampere kraftmodulet kan beregnes ved formlen:

Her er alfa vinklen mellem den magnetiske induktionsvektor og strømretningen.

Naturligvis er Ampere-kraften maksimal, når elementet i den strømførende leder er vinkelret på linjerne med magnetisk induktion B.

Takket være Amperes kraft fungerer mange elektriske maskiner i dag, hvor strømførende ledninger interagerer med hinanden og med et elektromagnetisk felt. De fleste generatorer og motorer bruger på den ene eller anden måde Ampere strøm i deres arbejde. Rotorerne på elektriske motorer roterer i deres statorers magnetfelt på grund af Amperes kraft.

Elektriske køretøjer: sporvogne, elektriske tog, elbiler - de bruger alle Amperes kraft til at få deres hjul til at dreje rundt. Elektriske låse, elevatordøre osv. Højttalere, højttalere - i dem interagerer magnetfeltet af den nuværende spole med magnetfeltet i en permanent magnet og danner lydbølger. Til sidst komprimeres plasmaet i tokamaks på grund af Amperes kraft.