Ampere törvénye

Ebben a cikkben az Ampere-törvényről, az elektrodinamika egyik alapvető törvényéről fogunk beszélni. Az Ampere ereje manapság számos elektromos gépben és berendezésben működik, és az Ampere 20. századi erejének köszönhetően a termelés számos területén lehetővé vált a villamosítással kapcsolatos előrelépés. Az Ampere törvénye a mai napig szilárdan áll, és továbbra is hűségesen szolgálja a modern mérnököt. Emlékezzünk hát arra, hogy kinek köszönhetjük ezt a fejlődést, és hogyan kezdődött az egész.

1820-ban a nagy francia fizikus, Andre Marie Ampere bejelentette felfedezését. A Tudományos Akadémián beszélt a két áramvezető kölcsönhatás jelenségéről: az ellentétes áramú vezetők taszítják, egyenárammal pedig vonzzák egymást. Ampere azt is javasolta, hogy a mágnesesség teljesen elektromos.

Egy ideig a tudós végezte kísérleteit, és végül megerősítette feltételezését. Végül 1826-ban kiadta a Kizárólag tapasztalatból származó elektrodinamikai jelenségek elméletét.Ettől kezdve a mágneses folyadék gondolatát mint szükségtelent elvetették, mivel a mágnesességet, mint kiderült, elektromos áramok okozták.

Ampere arra a következtetésre jutott, hogy az állandó mágnesek belsejében elektromos áramok is vannak, körkörös molekuláris és atomáramok, amelyek merőlegesek az állandó mágnes pólusain áthaladó tengelyre. A tekercs állandó mágnesként viselkedik, amelyen az áram spirálisan folyik. Ampere teljes jogot kapott arra, hogy magabiztosan állítsa: "minden mágneses jelenség elektromos hatásokra redukálódik".

Kutatómunkája során Ampere az áramelemek kölcsönhatási ereje és ezen áramok nagyságrendje közötti összefüggést is felfedezte, kifejezést is talált erre az erőre. Ampère rámutatott, hogy az áramok kölcsönhatási erői nem központi szerepet töltenek be, mint a gravitációs erők. Az Ampere által levezetett képlet ma minden elektrodinamikai tankönyvben megtalálható.

Ampere megállapította, hogy az ellentétes irányú áramok taszítják, az azonos irányú áramok pedig vonzanak, ha az áramok merőlegesek, akkor nincs közöttük mágneses kölcsönhatás. Ez az elektromos áramok kölcsönhatásait vizsgáló tudósok eredménye, mint a mágneses kölcsönhatások valódi kiváltó okai. Ampere felfedezte az elektromos áramok mechanikai kölcsönhatásának törvényét, és ezzel megoldotta a mágneses kölcsönhatások problémáját.

Annak tisztázása érdekében, hogy az áramok mechanikai kölcsönhatásának erői milyen törvényszerűséggel kapcsolódnak más mennyiségekhez, lehetőség nyílik egy Ampere-féle mai kísérlethez hasonló kísérlet elvégzésére.Ehhez egy viszonylag hosszú, I1 áramú vezetéket fixen rögzítenek, és egy rövid, I2 áramú vezetéket mozgathatóvá tesznek, például a mozgatható keret alsó oldala árammal lesz a második vezeték. A keret dinamométerhez van csatlakoztatva, hogy mérje a keretre ható F erőt, amikor a feszültség alatt álló vezetékek párhuzamosak.

Kezdetben a rendszer kiegyensúlyozott, és a kísérleti összeállítás vezetékei közötti R távolság lényegesen kisebb, mint ezeknek a vezetékeknek az l hosszához képest. A kísérlet célja a vezetékek taszító erejének mérése.

Az áramerősség mind az álló, mind a mozgó vezetékekben reosztátokkal szabályozható. A vezetékek közötti R távolság változtatásával, mindegyikben az áramerősség változtatásával könnyen megtalálhatjuk a függőségeket, láthatjuk, hogy a vezetékek mechanikai kölcsönhatásának erőssége hogyan függ az áramerősségtől és a távolságtól.

Ha a mozgó keretben az I2 áram nem változik, és az álló vezetékben az I1 áram bizonyos számú alkalommal megnő, akkor a vezetékek kölcsönhatásának F ereje ugyanennyivel nő. Hasonlóképpen alakul a helyzet, ha a rögzített vezetékben az I1 áram nem változik, és az I2 áram a keretben változik, akkor az F kölcsönhatási erő ugyanúgy változik, mint amikor az álló vezetékben az I1 áram állandó I2 árammal változik. a keret. Így arra a nyilvánvaló következtetésre jutunk, hogy az F vezetékek kölcsönhatási ereje egyenesen arányos az I1 és az I2 árammal.

Ha most megváltoztatjuk az egymással kölcsönhatásban lévő vezetékek közötti R távolságot, akkor kiderül, hogy ennek a távolságnak a növekedésével az F erő ugyanolyan mértékben csökken és csökken, mint az R távolság.Így az I1 és I2 áramú vezetékek F mechanikai kölcsönhatásának ereje fordítottan arányos a köztük lévő R távolsággal.

A mozgatható huzal l méretének változtatásával könnyen biztosítható, hogy az erő egyenesen arányos legyen a kölcsönhatásban lévő oldal hosszával.

Ennek eredményeként megadhatja az arányossági tényezőt, és beírhatja:

Ez a képlet lehetővé teszi, hogy megtalálja azt az F erőt, amellyel a végtelenül hosszú, I1 áramú vezető által keltett mágneses tér egy I2 áramú vezető párhuzamos szakaszára hat, miközben a szakasz hossza l és R a távolság a kölcsönhatásban lévő vezetők között. Ez a képlet rendkívül fontos a mágnesesség vizsgálatában.

A képarány a mágneses állandóval fejezhető ki:

Ekkor a képlet a következő alakot veszi fel:

Az F erőt most Ampere erőnek nevezik, és az erő nagyságát meghatározó törvény az Ampere törvénye. Az Ampere-törvényt törvénynek is nevezik, amely meghatározza azt az erőt, amellyel a mágneses mező hat egy áramvezető kis szakaszára:

«Az a dF erő, amellyel a mágneses tér a mágneses térben áramló vezető dl elemére hat, egyenesen arányos a vezetőben lévő dI áram erősségével és az elem dl hosszának vektorszorzatával. vezető és mágneses indukció B «:

Az Amper-erő irányát a vektorszorzat kiszámításának szabálya határozza meg, amelyet kényelmes megjegyezni a bal oldali szabály segítségével, amely az elektrotechnika alaptörvényei, és az Amper erő modulus a következő képlettel számítható ki:

Itt az alfa a mágneses indukció vektora és az áram iránya közötti szög.

Nyilvánvalóan az Ampererő akkor a legnagyobb, ha az áramvezető elem merőleges a B mágneses indukció vonalaira.

Az Ampere erejének köszönhetően manapság számos elektromos gép működik, ahol az áramot vezető vezetékek kölcsönhatásba lépnek egymással és egy elektromágneses mezővel. A generátorok és motorok többsége ilyen vagy olyan módon az Amper teljesítményt használja munkája során. A villanymotorok forgórészei az Ampere erő hatására forognak állórészeik mágneses mezőjében.

Elektromos járművek: villamosok, elektromos vonatok, elektromos autók – mind-mind az Ampere erejét használják fel, hogy végül elforduljanak a kerekeik. Elektromos zárak, liftajtók stb. Hangszórók, hangszórók - ezekben az áramtekercs mágneses tere kölcsönhatásba lép az állandó mágnes mágneses terével, hanghullámokat képezve. Végül a plazma tokamakokban összenyomódik az Ampere erejének köszönhetően.