Tillämpning av Amperes kraftåtgärder inom teknik

År 1820 gjorde den danske fysikern Hans Christian Oersted en grundläggande upptäckt: en kompasss magnetiska nål avböjs av en tråd som bär en elektrisk likström. Således fann forskaren i ett experiment att strömmens magnetfält är riktat exakt vinkelrätt mot strömmen och inte parallellt med den, som man kan anta.

Den franske fysikern Andre-Marie Ampere var så inspirerad av demonstrationen av Oersteds experiment att han bestämde sig för att fortsätta sin forskning i denna riktning på egen hand.

Ampere kunde konstatera att inte bara en magnetisk nål avböjs av en strömförande ledare, utan två parallella ledare som bär likström kan antingen attrahera eller stöta bort varandra - beroende på vilka riktningar de rör sig i förhållande till varandra strömmarna i dessa ledningar.

Det visade sig att en elektrisk ström producerar ett magnetfält, och magnetfältet verkar redan på en annan ström.Ampere drog slutsatsen att en strömförande tråd också verkar på en permanentmagnet (pil) bara för att många mikroskopiska strömmar också flyter inuti magneten i slutna banor, och i praktiken, även om magnetfälten samverkar, källorna till dessa magnetfält, strömmarna , avvisas. Det skulle inte finnas någon magnetisk interaktion utan strömmar.

Som ett resultat, samma år 1820, upptäckte Ampere lagen enligt vilken likströmmar samverkar. Ledare med strömmar riktade i en riktning attraherar varandra, och ledare med motsatt riktade strömmar stöter bort varandra (se - Amperes lag).

Som ett resultat av sitt experimentella arbete fann Ampere att kraften som verkar på en strömförande tråd placerad i ett magnetfält beror linjärt både på storleken på strömmen I i tråden och på storleken på magnetfältets induktion B. i vilken denna tråd är placerad.

Amperes lag kan formuleras på följande sätt. Kraften dF med vilken magnetfältet verkar på ett strömelement dI beläget i ett magnetiskt induktionsfält B är direkt proportionell mot strömmen och vektorprodukten av längden av det ledande elementet dL av den magnetiska induktionen B.

Riktningen på Amperes kraft kan bestämmas av vänsterhandsregeln. Denna kraft är störst när tråden är vinkelrät mot linjerna för magnetisk induktion. I princip är amperestyrkan för en tråd med längden L som bär en ström I placerad i ett magnetiskt induktionsfält B i en vinkel alfa mot magnetfältets kraftlinjer lika med:

Idag kan man hävda att alla elektriska komponenter där en elektromagnetisk verkan sätter ett element i mekanisk rörelse använder Amperens kraft.

Funktionsprincipen för elektromekaniska maskiner bygger just på denna kraft, t.ex. i en elmotor… När som helst, under driften av elmotorn, rör sig en del av dess rotorlindning i magnetfältet för strömmen i en del av statorlindningen. Detta är en manifestation av Amperes kraft och Amperes lag om växelverkan mellan strömmar.

Denna princip är kanske den vanligaste i elmotorer, där elektrisk energi omvandlas alltså till mekanisk energi.

Generatorn är i princip samma elmotor, som endast realiserar den omvända transformationen: mekanisk energi omvandlas till elektrisk energi (se — Hur fungerar AC- och DC-generatorer?).

I motorn upplever rotorlindningen, genom vilken strömmen flyter, verkan av Amperekraften från statorns magnetfält (på vilket strömmen med önskad riktning också verkar vid denna tidpunkt) och därmed går motorns rötor in i motorn. en rotationsrörelse, rotation av axeln med lasten.

Elbilar, spårvagnar, elektriska tåg och andra elfordon upplever hjulrotation tack vare en axel som roterar under verkan av Amperes kraft i en AC- eller DC-drivmotor. AC- och DC-motorer använder ampere.

Elektriska lås (hissdörrar, grindar etc.) fungerar på samma sätt, med ett ord - alla mekanismer där elektromagnetisk verkan leder till mekanisk rörelse.

Till exempel, i en högtalare som producerar ljud i högtalarna i en högtalare vibrerar membranet eftersom den strömförande spolen stöts bort av magnetfältet från den permanentmagnet som den är installerad runt.Sålunda bildas ljudvibrationer - Amperage är variabel (eftersom strömmen i spolen ändras med frekvensen på ljudet som ska återges) trycker diffusorn och genererar ljud.

Elektriska mätinstrument i det magnetoelektriska systemet (t.ex. analoga amperemetrar) inkluderar en installerad löstagbar trådram mellan polerna på en permanentmagnet… Ramen är upphängd i spiralfjädrar, genom vilka den uppmätta elektriska strömmen passerar genom denna mätanordning, faktiskt genom ramen.

När strömmen passerar genom ramen verkar Amperekraften, proportionell mot storleken på den givna strömmen, på den i magnetfältet hos en permanentmagnet, därför roterar ramen och deformerar fjädrarna. När Amperekraften balanseras av fjäderkraften slutar ramen att rotera och vid den punkten kan avläsningar göras.

En pil är ansluten till ramen och pekar på den graderade skalan för mätanordningen. Pilens avböjningsvinkel visar sig vara proportionell mot den totala strömmen som passerar genom ramen. Ramen består vanligtvis av flera varv (se — Amperemeter och voltmätare).