Uporaba delovanja Amperove sile v tehniki

Leta 1820 je danski fizik Hans Christian Oersted prišel do temeljnega odkritja: magnetno iglo kompasa odbije žica, po kateri teče enosmerni električni tok. Tako je znanstvenik v poskusu ugotovil, da je magnetno polje toka usmerjeno točno pravokotno na tok in ne vzporedno z njim, kot bi lahko domnevali.

Francoskega fizika Andre-Marieja Ampereja je prikaz Oerstedovega poskusa tako navdušil, da se je odločil, da bo sam nadaljeval raziskave v tej smeri.

Ampere je uspel ugotoviti, da se magnetna igla ne odkloni le od prevodnika, po katerem teče tok, ampak se lahko dva vzporedna vodnika, po katerih teče enosmerni tok, privlačita ali odbijata - odvisno od smeri, v kateri se gibljeta drug glede na drugega, tokovi v teh žice.

Izkazalo se je, da električni tok proizvaja magnetno polje, magnetno polje pa že deluje na drug tok.Ampere je ugotovil, da žica, po kateri teče tok, deluje tudi na trajni magnet (puščica) samo zato, ker številni mikroskopski tokovi tečejo tudi znotraj magneta po zaprtih poteh, in v praksi, čeprav magnetna polja medsebojno delujejo, so viri teh magnetnih polj, tokovi , se odbijajo. Brez tokov ne bi bilo magnetne interakcije.

Posledično je istega leta 1820 Ampere odkril zakon, po katerem enosmerni električni tokovi medsebojno delujejo. Prevodniki s tokovi, usmerjenimi v eno smer, se privlačijo, vodniki z nasprotno usmerjenimi tokovi pa se odbijajo (glej - Amperov zakon).

Kot rezultat svojega eksperimentalnega dela je Ampere ugotovil, da je sila, ki deluje na žico s tokom, postavljeno v magnetno polje, linearno odvisna tako od velikosti toka I v žici kot od velikosti indukcije B magnetnega polja. v kateri je ta žica nameščena .

Amperov zakon je mogoče formulirati na naslednji način. Sila dF, s katero magnetno polje deluje na tokovni element dI, ki se nahaja v magnetnem polju indukcije B, je neposredno sorazmerna s tokom in vektorskim produktom dolžine prevodnega elementa dL z magnetno indukcijo B.

Smer Amperove sile lahko določimo s pravilom leve roke. Ta sila je največja, ko je žica pravokotna na črte magnetne indukcije. Načeloma je amperska moč za žico dolžine L, po kateri teče tok I, ki je postavljena v magnetno polje indukcije B pod kotom alfa glede na silnice magnetnega polja, enaka:

Danes lahko trdimo, da vse električne komponente, v katerih elektromagnetno delovanje spravi element v mehansko gibanje, uporabljajo Amperovo silo.

Prav na tej sili temelji princip delovanja elektromehanskih strojev, npr. v elektromotorju… V katerem koli trenutku med delovanjem elektromotorja se del njegovega rotorskega navitja premika v magnetnem polju toka dela statorskega navitja. To je manifestacija Amperove sile in Amperovega zakona medsebojnega delovanja tokov.

Ta princip je morda najpogostejši pri elektromotorjih, kjer električna energija se tako pretvarja v mehansko.

Generator je načeloma enak elektromotor, ki izvaja samo obratno transformacijo: mehanska energija se pretvori v električno (glej - Kako delujejo AC in DC generatorji?).

V motorju na navitje rotorja, skozi katerega teče tok, deluje Amperova sila iz magnetnega polja statorja (na katerega v tem trenutku deluje tudi tok želene smeri) in tako rotor motorja vstopi v rotacijsko gibanje, vrtenje gredi z obremenitvijo.

Električni avtomobili, tramvaji, električni vlaki in druga električna vozila doživljajo vrtenje koles zahvaljujoč gredi, ki se vrti pod delovanjem Amperove sile v pogonskem motorju AC ali DC. AC in DC motorji uporabljajo ampere.

Na enak način delujejo električne ključavnice (vrata dvigal, vrata itd.), z eno besedo - vsi mehanizmi, kjer elektromagnetno delovanje povzroči mehansko premikanje.

Na primer, v zvočniku, ki proizvaja zvok v zvočnikih zvočnika, membrana vibrira, ker tuljavo, po kateri teče tok, odbija magnetno polje trajnega magneta, okoli katerega je nameščena.Tako nastanejo zvočne vibracije — amperaža je spremenljiva (ker se tok v tuljavi spreminja s frekvenco zvoka, ki ga je treba reproducirati) potiska difuzor in ustvarja zvok.

Električni merilni instrumenti magnetoelektričnega sistema (npr. analogni ampermetri) vključujejo nameščen odstranljiv žični okvir med poloma trajnega magneta… Okvir je obešen na spiralne vzmeti, skozi katere teče izmerjeni električni tok skozi to merilno napravo, pravzaprav skozi okvir.

Ko tok teče skozi okvir, nanj deluje Amperjeva sila, sorazmerna z velikostjo danega toka, v magnetnem polju trajnega magneta, zato se okvir vrti in deformira vzmeti. Ko se amperska sila uravnoteži s silo vzmeti, se okvir neha vrteti in takrat se lahko odčitajo.

Na okvir je povezana puščica, ki kaže na graduirano skalo merilne naprave. Kot odklona puščice se izkaže za sorazmernega s celotnim tokom skozi okvir. Okvir je običajno sestavljen iz več zavojev (glej — Naprava ampermetra in voltmetra).