Amperov zakon

V tem članku bomo govorili o Amperovem zakonu, enem od osnovnih zakonov elektrodinamike. Amperova sila danes deluje v številnih električnih strojih in napravah, zahvaljujoč Amperovi sili pa je v 20. stoletju postal mogoč napredek v zvezi z elektrifikacijo na številnih področjih proizvodnje. Amperov zakon je neomajen do danes in še naprej zvesto služi sodobnemu inženirstvu. Zato se spomnimo, komu dolgujemo ta napredek in kako se je vse začelo.

Leta 1820 je veliki francoski fizik Andre Marie Ampere objavil svoje odkritje. Na Akademiji znanosti je govoril o pojavu medsebojnega delovanja dveh vodnikov s tokom: vodniki z nasprotnimi tokovi se odbijajo, z enosmernimi pa se privlačijo. Ampere je tudi predlagal, da je magnetizem popolnoma električen.

Nekaj ​​časa je znanstvenik izvajal svoje poskuse in na koncu potrdil svojo domnevo. Končno je leta 1826 objavil Teorijo elektrodinamičnih pojavov, ki izhajajo izključno iz izkušenj.Od takrat naprej je bila ideja o magnetni tekočini zavrnjena kot nepotrebna, saj je magnetizem, kot se je izkazalo, povzročil električni tok.

Ampere je ugotovil, da imajo trajni magneti tudi električne tokove v notranjosti, krožne molekularne in atomske tokove, ki so pravokotni na os, ki gre skozi poli trajnega magneta. Tuljava se obnaša kot trajni magnet, skozi katerega teče tok v spirali. Ampere je dobil polno pravico, da samozavestno trdi: "vsi magnetni pojavi so zmanjšani na električna dejanja."

Med svojim raziskovalnim delom je Ampere odkril tudi razmerje med silo interakcije tokovnih elementov z velikostmi teh tokov, našel je tudi izraz za to silo. Ampère je poudaril, da sile interakcije tokov niso centralne, kot so gravitacijske sile. Formula, ki jo je izpeljal Ampere, je danes vključena v vsak učbenik o elektrodinamiki.

Ampere je ugotovil, da se tokovi iz nasprotne smeri odbijajo, tokovi iz iste smeri pa privlačijo, če so tokovi pravokotni, potem med njimi ni magnetne interakcije. To je rezultat znanstvenikove raziskave interakcij električnih tokov kot resničnih temeljnih vzrokov magnetnih interakcij. Ampere je odkril zakon mehanske interakcije električnih tokov in s tem rešil problem magnetnih interakcij.

Da bi razjasnili zakone, po katerih so sile mehanskega medsebojnega delovanja tokov povezane z drugimi količinami, je danes mogoče izvesti poskus, podoben Amperovemu.Da bi to naredili, je razmeroma dolga žica s tokom I1 fiksno pritrjena, kratka žica s tokom I2 pa je premična, na primer spodnja stran premičnega okvirja s tokom bo druga žica. Okvir je povezan z dinamometrom za merjenje sile F, ki deluje na okvir, ko sta vodnika pod napetostjo vzporedna.

Na začetku je sistem uravnotežen in razdalja R med žicami eksperimentalne postavitve je bistveno manjša v primerjavi z dolžino l teh žic. Namen poskusa je izmeriti odbojno silo žic.

Tok v mirujočih in premikajočih se žicah je mogoče regulirati z reostati. S spreminjanjem razdalje R med žicami, s spreminjanjem toka v vsaki od njih, lahko zlahka najdemo odvisnosti, vidimo, kako je moč mehanske interakcije žic odvisna od toka in razdalje.

Če je tok I2 v gibljivem okvirju nespremenjen in se tok I1 v mirujoči žici poveča za določeno število krat, potem se bo sila F interakcije žic povečala za enako količino. Podobno se razvije situacija, če je tok I1 v fiksni žici nespremenjen in se tok I2 v okvirju spremeni, potem se interakcijska sila F spremeni na enak način kot pri spremembi toka I1 v mirujoči žici s konstantnim tokom I2 v okvir. Tako pridemo do očitnega zaključka - sila interakcije žic F je neposredno sorazmerna s tokom I1 in tokom I2.

Če zdaj spremenimo razdaljo R med medsebojno delujočima žicama, se izkaže, da ko se ta razdalja poveča, se sila F zmanjša in zmanjša za enak faktor kot razdalja R.Tako je sila mehanske interakcije F žic s tokovoma I1 in I2 obratno sorazmerna z razdaljo R med njima.

S spreminjanjem velikosti l premične žice je enostavno zagotoviti, da je sila tudi neposredno sorazmerna z dolžino medsebojno delujoče strani.

Kot rezultat lahko vnesete faktor sorazmernosti in zapišete:

Ta formula vam omogoča, da najdete silo F, s katero magnetno polje, ki ga ustvarja neskončno dolg prevodnik s tokom I1, deluje na vzporedni odsek prevodnika s tokom I2, medtem ko je dolžina odseka l in R je razdalja med medsebojno delujočimi prevodniki. Ta formula je izjemno pomembna pri preučevanju magnetizma.

Razmerje stranic se lahko izrazi z magnetno konstanto kot:

Potem bo formula dobila obliko:

Silo F zdaj imenujemo Amperova sila, zakon, ki določa velikost te sile, pa je Amperov zakon. Amperov zakon imenujemo tudi zakon, ki določa silo, s katero magnetno polje deluje na majhen odsek prevodnika, po katerem teče tok:

«Sila dF, s katero magnetno polje deluje na element dl vodnika s tokom v magnetnem polju, je premosorazmerna z jakostjo toka dI v prevodniku in vektorskim produktom elementa z dolžino dl prevodnik in magnetna indukcija B «:

Smer Amperove sile določa pravilo za izračun vektorskega produkta, ki si ga je priročno zapomniti s pravilom leve roke, ki se nanaša na osnovni zakoni elektrotehnike, modul amperske sile pa je mogoče izračunati po formuli:

Tu je alfa kot med vektorjem magnetne indukcije in smerjo toka.

Očitno je Amperova sila največja, ko je element prevodnika, po katerem teče tok, pravokoten na črte magnetne indukcije B.

Zahvaljujoč Amperovi moči danes delujejo številni električni stroji, pri katerih žice s tokom delujejo med seboj in z elektromagnetnim poljem. Večina generatorjev in motorjev pri svojem delu tako ali drugače uporablja ampersko moč. Rotorji elektromotorjev se zaradi Amperove sile vrtijo v magnetnem polju svojih statorjev.

Električna vozila: tramvaji, električni vlaki, električni avtomobili — vsi uporabljajo Amperovo moč, da se njihova kolesa sčasoma zavrtijo. Električne ključavnice, vrata dvigal itd. Zvočniki, zvočniki - v njih magnetno polje tokovne tuljave deluje z magnetnim poljem trajnega magneta in tvori zvočne valove. Končno se plazma stisne v tokamakih zaradi Amperove sile.