Amperes lag

I den här artikeln kommer vi att prata om Amperes lag, en av elektrodynamikens grundläggande lagar. Amperens kraft finns idag i många elektriska maskiner och installationer, och tack vare Amperens kraft på 1900-talet blev framsteg relaterade till elektrifiering inom många produktionsområden möjliga. Amperes lag är orubblig än i dag och fortsätter att troget tjäna modern ingenjörskonst. Så låt oss komma ihåg vem vi är skyldiga dessa framsteg och hur det hela började.

År 1820 tillkännagav den store franske fysikern Andre Marie Ampere sin upptäckt. Han talade vid Vetenskapsakademien om fenomenet med växelverkan mellan två strömförande ledare: ledare med motsatta strömmar stöter bort varandra, och med likströmmar attraherar de varandra. Ampere föreslog också att magnetismen var helt elektrisk.

Under en tid genomförde vetenskapsmannen sina experiment och bekräftade så småningom sitt antagande. Slutligen, 1826, publicerade han The Theory of Electrodynamic Phenomenas Exclusively from Experience.Från den tidpunkten avfärdades idén om en magnetisk vätska som onödig, eftersom magnetism, som det visade sig, orsakades av elektriska strömmar.

Ampere drog slutsatsen att permanentmagneter också har elektriska strömmar inuti, cirkulära molekylära och atomära strömmar vinkelräta mot axeln som passerar genom polerna på en permanentmagnet. Spolen beter sig som en permanentmagnet genom vilken ström flyter i en spiral. Ampere fick full rätt att med tillförsikt hävda: "alla magnetiska fenomen reduceras till elektriska handlingar."

Under loppet av sitt forskningsarbete upptäckte Ampere också förhållandet mellan kraften i samverkan mellan strömelement och storleken på dessa strömmar, han fann också ett uttryck för denna kraft. Ampère påpekade att krafterna för växelverkan mellan strömmar inte är centrala, som gravitationskrafter. Formeln som Ampere härledde finns med i varje lärobok om elektrodynamik idag.

Ampere fann att strömmar från motsatt riktning stöter bort och strömmar från samma riktning attraherar, om strömmarna är vinkelräta så finns det ingen magnetisk interaktion mellan dem. Detta är resultatet av forskarens undersökning av interaktioner mellan elektriska strömmar som de verkliga grundorsakerna till magnetiska interaktioner. Ampere upptäckte lagen om mekanisk interaktion av elektriska strömmar och löste därmed problemet med magnetiska interaktioner.

För att klargöra de lagar genom vilka krafterna från mekanisk interaktion av strömmar är relaterade till andra storheter, är det möjligt att genomföra ett experiment som liknar Amperes experiment idag.För att göra detta är en relativt lång tråd med ström I1 fixerad stationär, och en kort tråd med ström I2 görs rörlig, till exempel kommer undersidan av den rörliga ramen med ström att vara den andra tråden. Ramen är kopplad till en dynamometer för att mäta kraften F som verkar på ramen när de strömförande ledarna är parallella.

Inledningsvis är systemet balanserat och avståndet R mellan trådarna i experimentuppställningen är betydligt mindre jämfört med längden l på dessa trådar. Syftet med experimentet är att mäta trådarnas frånstötningskraft.

Strömmen, i både stationära och rörliga ledningar, kan regleras med hjälp av reostater. Genom att ändra avståndet R mellan ledningarna, genom att ändra strömmen i var och en av dem, kan man enkelt hitta beroenden, se hur styrkan i den mekaniska växelverkan mellan ledningarna beror på strömmen och på avståndet.

Om strömmen I2 i den rörliga ramen är oförändrad och strömmen I1 i den stationära tråden ökar med ett visst antal gånger, kommer kraften F för trådarnas interaktion att öka med samma mängd. På liknande sätt utvecklas situationen om strömmen I1 i den fasta tråden är oförändrad och strömmen I2 i ramen ändras, då ändras interaktionskraften F på samma sätt som när strömmen I1 ändras i den stationära tråden med en konstant ström I2 i ramen. Sålunda når vi den uppenbara slutsatsen - kraften för växelverkan mellan ledningarna F är direkt proportionell mot strömmen I1 och strömmen I2.

Om vi ​​nu ändrar avståndet R mellan de samverkande trådarna, visar det sig att när detta avstånd ökar, minskar och minskar kraften F med samma faktor som avståndet R.Således är kraften av den mekaniska interaktionen F av trådarna med strömmarna I1 och I2 omvänt proportionell mot avståndet R mellan dem.

Genom att variera storleken l på den rörliga tråden är det lätt att säkerställa att kraften också är direkt proportionell mot längden på den samverkande sidan.

Som ett resultat kan du ange proportionalitetsfaktorn och skriva:

Denna formel låter dig hitta kraften F med vilken magnetfältet som genereras av en oändligt lång ledare med ström I1 verkar på en parallell sektion av en ledare med ström I2, medan längden på sektionen är l och R är avståndet mellan de samverkande ledarna. Denna formel är extremt viktig i studiet av magnetism.

Bildförhållandet kan uttryckas i termer av den magnetiska konstanten som:

Sedan kommer formeln att ta formen:

Kraften F kallas nu Amperes kraft, och lagen som bestämmer storleken på denna kraft är Amperes lag. Amperes lag kallas också en lag som bestämmer kraften med vilken ett magnetfält verkar på en liten del av en strömförande ledare:

«Den kraft dF med vilken magnetfältet verkar på ledarens element dl med en ström i magnetfältet är direkt proportionell mot styrkan av strömmen dI i ledaren och vektorprodukten av elementet med längden dl av ledare och magnetisk induktion B «:

Riktningen för Amperes kraft bestäms av regeln för beräkning av vektorprodukten, vilket är bekvämt att komma ihåg med hjälp av vänsterregeln, som hänvisar till grundläggande lagar för elektroteknik, och Ampere kraftmodulen kan beräknas med formeln:

Här är alfa vinkeln mellan den magnetiska induktionsvektorn och strömriktningen.

Uppenbarligen är Amperekraften maximal när elementet i den strömförande ledaren är vinkelrät mot linjerna för magnetisk induktion B.

Tack vare Amperes kraft fungerar många elektriska maskiner idag, där strömförande ledningar interagerar med varandra och med ett elektromagnetiskt fält. Majoriteten av generatorer och motorer använder på ett eller annat sätt Amperekraft i sitt arbete. Elmotorers rotorer roterar i magnetfältet på sina statorer på grund av Amperes kraft.

Elfordon: spårvagnar, elektriska tåg, elbilar — de använder alla Amperes kraft för att få hjulen att snurra så småningom. Elektriska lås, hissdörrar, etc. Högtalare, högtalare - i dem interagerar magnetfältet hos den nuvarande spolen med magnetfältet hos en permanent magnet och bildar ljudvågor. Slutligen komprimeras plasman i tokamaks på grund av Amperes kraft.