Ampera likums

Šajā rakstā mēs runāsim par Ampera likumu, vienu no elektrodinamikas pamatlikumiem. Ampere spēks mūsdienās darbojas daudzās elektriskajās mašīnās un instalācijās, un, pateicoties Ampere spēkam 20. gadsimtā, kļuva iespējama attīstība, kas saistīta ar elektrifikāciju daudzās ražošanas jomās. Ampera likums ir nelokāms līdz šai dienai un turpina uzticīgi kalpot mūsdienu inženierzinātnēm. Tāpēc atcerēsimies, kam esam parādā šo progresu un kā tas viss sākās.

1820. gadā izcilais franču fiziķis Andrē Marī Ampērs paziņoja par savu atklājumu. Zinātņu akadēmijā viņš runāja par divu strāvu nesošo vadītāju mijiedarbības fenomenu: vadītāji ar pretēju strāvu viens otru atgrūž, un ar līdzstrāvu tie piesaista viens otru. Ampere arī ierosināja, ka magnētisms ir pilnībā elektrisks.

Kādu laiku zinātnieks veica savus eksperimentus un galu galā apstiprināja savu pieņēmumu. Visbeidzot, 1826. gadā viņš publicēja grāmatu The Theory of Elektrodinamiskās parādības, kas iegūtas tikai no pieredzes.No šī brīža ideja par magnētisko šķidrumu tika noraidīta kā nevajadzīga, jo magnētismu, kā izrādījās, izraisīja elektriskās strāvas.

Ampere secināja, ka pastāvīgo magnētu iekšpusē ir arī elektriskās strāvas, apļveida molekulārās un atomu strāvas, kas ir perpendikulāras asij, kas iet caur pastāvīgā magnēta poliem. Spole uzvedas kā pastāvīgais magnēts, caur kuru spirālē plūst strāva. Ampere saņēma visas tiesības pārliecinoši apgalvot: "visas magnētiskās parādības tiek reducētas uz elektriskām darbībām."

Sava pētnieciskā darba gaitā Ampere atklāja arī saistību starp strāvas elementu mijiedarbības spēku ar šo straumju lielumiem, viņš arī atrada šī spēka izteiksmi. Ampērs norādīja, ka strāvu mijiedarbības spēki nav centrāli, tāpat kā gravitācijas spēki. Ampera iegūtā formula mūsdienās ir iekļauta katrā elektrodinamikas mācību grāmatā.

Ampērs atklāja, ka pretējā virziena strāvas atgrūž un straumes no viena virziena piesaista, ja strāvas ir perpendikulāras, tad starp tām nav magnētiskas mijiedarbības. Tas ir zinātnieka pētījumu rezultāts par elektrisko strāvu mijiedarbību kā patiesajiem magnētiskās mijiedarbības cēloņiem. Ampere atklāja elektrisko strāvu mehāniskās mijiedarbības likumu un tādējādi atrisināja magnētiskās mijiedarbības problēmu.

Lai noskaidrotu likumus, pēc kuriem strāvu mehāniskās mijiedarbības spēki ir saistīti ar citiem lielumiem, šodien ir iespējams veikt Ampera eksperimentam līdzīgu eksperimentu.Lai to izdarītu, relatīvi garš vads ar strāvu I1 tiek fiksēts nekustīgi, un īss vads ar strāvu I2 tiek padarīts kustīgs, piemēram, pārvietojamā rāmja apakšējā puse ar strāvu būs otrais vads. Rāmis ir savienots ar dinamometru, lai izmērītu spēku F, kas iedarbojas uz rāmi, kad sprieguma vadītāji ir paralēli.

Sākotnēji sistēma ir līdzsvarota, un attālums R starp eksperimentālā uzstādījuma vadiem ir ievērojami mazāks, salīdzinot ar šo vadu garumu l. Eksperimenta mērķis ir izmērīt vadu atgrūšanas spēku.

Strāvu gan stacionārajos, gan kustīgajos vados var regulēt, izmantojot reostatus. Mainot attālumu R starp vadiem, mainot strāvu katrā no tiem, var viegli atrast atkarības, redzēt, kā vadu mehāniskās mijiedarbības stiprums ir atkarīgs no strāvas stipruma un attāluma.

Ja strāva I2 kustīgajā rāmī ir nemainīga un strāva I1 stacionārajā vadā palielinās par noteiktu skaitu reižu, tad vadu mijiedarbības spēks F palielināsies par tikpat lielu. Līdzīgi situācija attīstās, ja strāva I1 fiksētajā vadā ir nemainīga un strāva I2 kadrā mainās, tad mijiedarbības spēks F mainās tāpat kā tad, ja strāva I1 mainās stacionārajā vadā ar pastāvīgu strāvu I2 in rāmis. Tādējādi nonākam pie acīmredzama secinājuma – vadu mijiedarbības spēks F ir tieši proporcionāls strāvai I1 un strāvai I2.

Ja tagad mainām attālumu R starp mijiedarbojošiem vadiem, izrādās, ka, šim attālumam palielinoties, spēks F samazinās un samazinās par tādu pašu koeficientu kā attālums R.Tādējādi vadu ar strāvām I1 un I2 mehāniskās mijiedarbības spēks F ir apgriezti proporcionāls attālumam R starp tiem.

Mainot kustīgās stieples izmēru l, ir viegli nodrošināt, ka spēks ir arī tieši proporcionāls mijiedarbīgās puses garumam.

Rezultātā varat ievadīt proporcionalitātes koeficientu un rakstīt:

Šī formula ļauj atrast spēku F, ar kādu bezgalīgi gara vadītāja ar strāvu I1 radītais magnētiskais lauks iedarbojas uz paralēlu vadītāja posmu ar strāvu I2, savukārt posma garums ir l un R ir attālums. starp mijiedarbojošiem vadītājiem. Šī formula ir ārkārtīgi svarīga magnētisma izpētē.

Malu attiecību var izteikt magnētiskās konstantes izteiksmē šādi:

Tad formulai būs šāda forma:

Spēku F tagad sauc par Ampera spēku, un likums, kas nosaka šī spēka lielumu, ir Ampera likums. Ampera likumu sauc arī par likumu, kas nosaka spēku, ar kādu magnētiskais lauks iedarbojas uz nelielu strāvu nesoša vadītāja posmu:

«Spēks dF, ar kādu magnētiskais lauks iedarbojas uz vadītāja elementu dl ar strāvu magnētiskajā laukā, ir tieši proporcionāls strāvas stiprumam dI vadītājā un elementa vektora reizinājumam, kura garums ir dl. vadītājs un magnētiskā indukcija B «:

Ampera spēka virzienu nosaka vektora reizinājuma aprēķināšanas noteikums, ko ir ērti atcerēties, izmantojot kreisās puses likumu, kas attiecas uz elektrotehnikas pamatlikumi, un ampēra spēka moduli var aprēķināt pēc formulas:

Šeit alfa ir leņķis starp magnētiskās indukcijas vektoru un strāvas virzienu.

Acīmredzot ampērspēks ir maksimālais, ja strāvu nesošā vadītāja elements ir perpendikulārs magnētiskās indukcijas B līnijām.

Pateicoties Ampere jaudai, mūsdienās darbojas daudzas elektriskās mašīnas, kurās strāvu nesošie vadi mijiedarbojas savā starpā un ar elektromagnētisko lauku. Lielākā daļa ģeneratoru un motoru vienā vai otrā veidā savā darbā izmanto ampēru jaudu. Elektromotoru rotori griežas savu statoru magnētiskajā laukā Ampera spēka ietekmē.

Elektriskie transportlīdzekļi: tramvaji, elektriskie vilcieni, elektriskie automobiļi — tie visi izmanto Ampere spēku, lai liktu saviem riteņiem beidzot pagriezties. Elektriskās slēdzenes, lifta durvis utt.. Skaļruņi, skaļruņi - tajos strāvas spoles magnētiskais lauks mijiedarbojas ar pastāvīgā magnēta magnētisko lauku, veidojot skaņas viļņus. Visbeidzot, plazma tiek saspiesta tokamakos, pateicoties Ampere spēkam.