Amperov zakon

U ovom članku govorit ćemo o Amperovom zakonu, jednom od osnovnih zakona elektrodinamike. Amperova sila danas djeluje u mnogim električnim strojevima i instalacijama, a zahvaljujući Amperovoj sili u 20. stoljeću postao je moguć napredak vezan uz elektrifikaciju u mnogim područjima proizvodnje. Amperov zakon je postojan do danas i nastavlja vjerno služiti modernom inženjerstvu. Zato se prisjetimo kome dugujemo ovaj napredak i kako je sve počelo.

Godine 1820. veliki francuski fizičar Andre Marie Ampere objavio je svoje otkriće. Na Akademiji znanosti govorio je o fenomenu međudjelovanja dvaju vodiča s strujom: vodiči sa suprotnim strujama se međusobno odbijaju, a s istosmjernim privlače. Ampere je također sugerirao da je magnetizam u potpunosti električan.

Znanstvenik je neko vrijeme provodio svoje eksperimente i na kraju potvrdio svoju pretpostavku. Konačno, 1826. objavio je Teoriju elektrodinamičkih pojava izvedenu isključivo iz iskustva.Od tog trenutka nadalje, ideja o magnetskoj tekućini je odbačena kao nepotrebna, jer je magnetizam, kako se pokazalo, uzrokovan električnim strujama.

Ampere je zaključio da permanentni magneti također imaju unutarnju električnu struju, kružnu molekularnu i atomsku struju okomitu na os koja prolazi kroz polove permanentnog magneta. Zavojnica se ponaša kao stalni magnet kroz koji struja teče u spirali. Ampere je dobio puno pravo da pouzdano tvrdi: "svi magnetski fenomeni svode se na električna djelovanja."

Tijekom svog istraživačkog rada, Ampere je također otkrio odnos između sile međudjelovanja strujnih elemenata i veličina tih struja, također je pronašao izraz za tu silu. Ampère je istaknuo da sile međudjelovanja struja nisu središnje, poput gravitacijskih sila. Formula koju je Ampere izveo nalazi se u svakom današnjem udžbeniku elektrodinamike.

Ampere je otkrio da se struje iz suprotnog smjera odbijaju, a struje iz istog smjera privlače, ako su struje okomite tada nema magnetske interakcije između njih. Ovo je rezultat znanstvenikova istraživanja međudjelovanja električnih struja kao pravih uzroka magnetskih međudjelovanja. Ampere je otkrio zakon mehaničkog međudjelovanja električnih struja i time riješio problem magnetskih međudjelovanja.

Da bi se razjasnili zakoni po kojima su sile mehaničkog međudjelovanja struja u odnosu na druge veličine, danas je moguće provesti pokus sličan Amperovom.Da biste to učinili, relativno duga žica sa strujom I1 je nepomična, a kratka žica sa strujom I2 je pokretna, na primjer, donja strana pomičnog okvira sa strujom bit će druga žica. Okvir je spojen na dinamometar za mjerenje sile F koja djeluje na okvir kada su vodiči pod naponom paralelni.

U početku je sustav uravnotežen i udaljenost R između žica eksperimentalne postavke znatno je manja u usporedbi s duljinom l tih žica. Svrha pokusa je izmjeriti odbojnu silu žica.

Struja, kako u nepokretnim tako iu pokretnim žicama, može se regulirati pomoću reostata. Promjenom udaljenosti R između žica, promjenom struje u svakoj od njih, lako se mogu pronaći ovisnosti, vidjeti kako snaga mehaničkog međudjelovanja žica ovisi o struji i o udaljenosti.

Ako je struja I2 u pokretnom okviru nepromijenjena, a struja I1 u žici koja miruje poraste za određeni broj puta, tada će se za isti iznos povećati i sila F međudjelovanja žica. Slično, situacija se razvija ako je struja I1 u fiksnoj žici nepromijenjena, a struja I2 u okviru se mijenja, tada se sila interakcije F mijenja na isti način kao kada se struja I1 mijenja u nepokretnoj žici s konstantnom strujom I2 u okvir. Tako dolazimo do očitog zaključka - sila međudjelovanja žica F izravno je proporcionalna struji I1 i struji I2.

Ako sada promijenimo udaljenost R između žica koje međusobno djeluju, ispada da kako se ta udaljenost povećava, sila F se smanjuje i smanjuje za isti faktor kao i udaljenost R.Dakle, sila mehaničkog međudjelovanja F žica sa strujama I1 i I2 obrnuto je proporcionalna udaljenosti R između njih.

Variranjem veličine l pomične žice, lako je osigurati da je sila također izravno proporcionalna duljini strane koja djeluje međusobno.

Kao rezultat toga, možete unijeti faktor proporcionalnosti i napisati:

Ova formula vam omogućuje da pronađete silu F kojom magnetsko polje generirano beskonačno dugim vodičem sa strujom I1 djeluje na paralelni odsječak vodiča sa strujom I2, dok je duljina odsječka l, a R je udaljenost između međusobno djelujućih vodiča. Ova je formula iznimno važna u proučavanju magnetizma.

Omjer širine i visine može se izraziti u smislu magnetske konstante kao:

Tada će formula poprimiti oblik:

Sila F se sada zove Amperova sila, a zakon koji određuje veličinu te sile je Amperov zakon. Amperov zakon naziva se i zakon koji određuje silu kojom magnetsko polje djeluje na mali dio vodiča kojim teče struja:

«Sila dF kojom magnetsko polje djeluje na element dl vodiča sa strujom u magnetskom polju upravno je proporcionalna jakosti struje dI u vodiču i vektorskom umnošku elementa s duljinom dl vodič i magnetska indukcija B «:

Smjer Amperove sile određen je pravilom za izračunavanje vektorskog umnoška, ​​koje je zgodno zapamtiti pomoću pravila lijeve ruke, koje se odnosi na osnovni zakoni elektrotehnike, a modul Amperove sile može se izračunati po formuli:

Ovdje je alfa kut između vektora magnetske indukcije i smjera struje.

Očito je da je Amperova sila najveća kada je element vodiča kroz koji teče struja okomit na linije magnetske indukcije B.

Zahvaljujući Amperovoj snazi, danas rade mnogi električni strojevi, gdje žice kroz koje prolazi struja djeluju međusobno is elektromagnetskim poljem. Većina generatora i motora na ovaj ili onaj način koristi ampersku snagu u svom radu. Rotori elektromotora rotiraju se u magnetskom polju svojih statora uslijed Amperove sile.

Električna vozila: tramvaji, električni vlakovi, električni automobili — svi oni koriste Ampereovu snagu kako bi im se kotači na kraju okrenuli. Električne brave, vrata dizala itd. Zvučnici, zvučnici - u njima magnetsko polje strujne zavojnice stupa u interakciju s magnetskim poljem trajnog magneta, tvoreći zvučne valove. Konačno, plazma se komprimira u tokamacima zbog Amperove sile.