Primjena djelovanja Amperove sile u tehnici

Godine 1820. danski fizičar Hans Christian Oersted došao je do temeljnog otkrića: magnetsku iglu kompasa skreće žica kroz koju teče istosmjerna električna struja. Tako je znanstvenik u eksperimentu otkrio da je magnetsko polje struje usmjereno točno okomito na struju, a ne paralelno s njom, kako bi se moglo pretpostaviti.

Francuski fizičar Andre-Marie Ampere bio je toliko inspiriran prikazom Oerstedovog eksperimenta da je odlučio sam nastaviti svoja istraživanja u tom smjeru.

Ampere je uspio utvrditi da ne samo da magnetsku iglu skreće vodič kroz koji teče struja, već da dva paralelna vodiča kroz koje teče istosmjerna struja mogu ili privlačiti ili odbijati jedan drugog - ovisno o tome u kojem se smjeru kreću relativno jedan prema drugom, struje u ovim žice.

Pokazalo se da električna struja stvara magnetsko polje, a magnetsko polje već djeluje na drugu struju.Ampere je zaključio da žica kojom teče struja također djeluje na stalni magnet (strelica) samo zato što mnoge mikroskopske struje također teku unutar magneta u zatvorenim stazama, a u praksi, iako magnetska polja međusobno djeluju, izvori tih magnetskih polja, struje , odbijaju se. Ne bi bilo magnetske interakcije bez struja.

Kao rezultat toga, iste 1820. godine Ampere je otkrio zakon prema kojem jednosmjerne električne struje međusobno djeluju. Vodiči sa strujama usmjerenim u jednom smjeru privlače se, a vodiči sa suprotno usmjerenim strujama odbijaju se (vidi - Amperov zakon).

Kao rezultat svog eksperimentalnog rada, Ampere je otkrio da sila koja djeluje na žicu kojom teče struja postavljena u magnetsko polje linearno ovisi i o veličini struje I u žici i o veličini indukcije B magnetskog polja u koji se stavlja ova žica .

Amperov zakon može se formulirati na sljedeći način. Sila dF kojom magnetsko polje djeluje na strujni element dI koji se nalazi u magnetskom polju indukcije B izravno je proporcionalna struji i vektorskom umnošku duljine provodnog elementa dL s magnetskom indukcijom B.

Smjer Amperove sile može se odrediti pravilom lijeve ruke. Ta je sila najveća kada je žica okomita na linije magnetske indukcije. U načelu, amperska jakost za žicu duljine L kojom teče struja I postavljena u magnetsko polje indukcije B pod kutom alfa u odnosu na silnice magnetskog polja jednaka je:

Danas se može tvrditi da sve električne komponente u kojima elektromagnetsko djelovanje dovodi element u mehaničko gibanje koriste Amperovu silu.

Upravo na toj sili temelji se princip rada elektromehaničkih strojeva, npr. u elektromotoru… U bilo kojem trenutku, tijekom rada elektromotora, dio namota njegovog rotora kreće se u magnetskom polju struje dijela namota statora. Ovo je manifestacija Amperove sile i Amperovog zakona međudjelovanja struja.

Ovaj princip je možda najčešći u elektromotorima, gdje električna energija se tako pretvara u mehaničku energiju.

Generator je, u principu, isti elektromotor, koji ostvaruje samo obrnutu transformaciju: mehanička energija se pretvara u električnu (vidi - Kako rade AC i DC generatori?).

U motoru, namot rotora, kroz koji teče struja, doživljava djelovanje Amperove sile iz magnetskog polja statora (na koje u ovom trenutku djeluje i struja željenog smjera) i tako rotor motora ulazi u rotacijsko kretanje, rotacija osovine s teretom.

Električni automobili, tramvaji, električni vlakovi i ostala električna vozila rotiraju kotače zahvaljujući osovini koja se okreće pod djelovanjem Amperove sile u pogonskom motoru izmjenične ili istosmjerne struje. AC i DC motori koriste ampere.

Električne brave (vrata dizala, kapije itd.) rade na isti način, jednom riječju - svi mehanizmi kod kojih elektromagnetsko djelovanje dovodi do mehaničkog pokreta.

Na primjer, u zvučniku koji proizvodi zvuk u zvučnicima zvučnika, membrana vibrira jer se zavojnica kojom teče struja odbija magnetsko polje trajnog magneta oko kojeg je ugrađena.Tako nastaju zvučne vibracije — amperaža je varijabilna (budući da se struja u zavojnici mijenja s frekvencijom zvuka koji se reproducira) gura difuzor, stvarajući zvuk.

Električni mjerni instrumenti magnetoelektričnog sustava (npr. analogni ampermetri) uključuju ugrađeni uklonjivi žičani okvir između polova permanentnog magneta… Okvir je obješen na spiralne opruge, kroz koje izmjerena električna struja prolazi kroz ovaj mjerni uređaj, zapravo kroz okvir.

Kada struja prolazi kroz okvir, Amperova sila, proporcionalna veličini dane struje, djeluje na njega u magnetskom polju stalnog magneta, stoga se okvir okreće, deformirajući opruge. Kada se Amperova sila uravnoteži silom opruge, okvir se prestaje okretati i tada se mogu očitavati.

Na okvir je spojena strelica koja pokazuje na graduiranu skalu mjernog uređaja. Ispostavilo se da je kut otklona strelice proporcionalan ukupnoj struji koja prolazi kroz okvir. Okvir se obično sastoji od nekoliko zavoja (vidi — Uređaj ampermetra i voltmetra).