Aplikace Ampérova silového působení v technologii

V roce 1820 učinil dánský fyzik Hans Christian Oersted zásadní objev: magnetická střelka kompasu je vychylována drátem vedeným stejnosměrným elektrickým proudem. Vědec tak experimentem zjistil, že magnetické pole proudu je nasměrováno přesně kolmo k proudu, a nikoli rovnoběžně s ním, jak by se dalo předpokládat.

Francouzský fyzik Andre-Marie Ampere byl ukázkou Oerstedova experimentu inspirován natolik, že se rozhodl ve výzkumu tímto směrem pokračovat na vlastní pěst.

Ampere dokázal, že nejen že je magnetická střelka vychylována vodičem s proudem, ale dva paralelní vodiče, které vedou stejnosměrné proudy, se mohou navzájem přitahovat nebo odpuzovat – v závislosti na tom, ve kterých směrech se vůči sobě pohybují, proudy v nich. dráty.

Ukázalo se, že elektrický proud vytváří magnetické pole a magnetické pole již působí na jiný proud.Ampere došel k závěru, že vodič s proudem působí i na permanentní magnet (šipka) jen proto, že uvnitř magnetu protéká v uzavřených drahách také mnoho mikroskopických proudů a v praxi, ačkoliv se magnetická pole vzájemně ovlivňují, zdroje těchto magnetických polí, proudy , jsou odpuzováni. Bez proudů by neexistovala žádná magnetická interakce.

V důsledku toho ve stejném roce 1820 Ampere objevil zákon, podle kterého stejnosměrné elektrické proudy interagují. Vodiče s proudy nasměrovanými jedním směrem se přitahují a vodiče s opačně nasměrovanými proudy se odpuzují (viz - Ampérův zákon).

V důsledku své experimentální práce Ampere zjistil, že síla působící na vodič s proudem umístěný v magnetickém poli závisí lineárně jak na velikosti proudu I ve vodiči, tak na velikosti indukce B magnetického pole. ve kterém je tento drát umístěn .

Amperův zákon lze formulovat následovně. Síla dF, kterou magnetické pole působí na proudový prvek dI umístěný v magnetickém poli indukce B, je přímo úměrná proudu a vektorovému součinu délky vodivého prvku dL magnetickou indukcí B.

Směr Ampérovy síly lze určit pravidlem levé ruky. Tato síla je největší, když je drát kolmý k čarám magnetické indukce. V zásadě platí, že ampérová síla drátu délky L procházejícího proudem I umístěného v magnetickém poli indukce B v úhlu alfa k siločarám magnetického pole je rovna:

Dnes lze tvrdit, že všechny elektrické součástky, ve kterých elektromagnetická akce uvádí prvek do mechanického pohybu, využívají sílu ampéru.

Princip činnosti elektromechanických strojů je založen právě na této síle, např. v elektromotoru… V každém okamžiku se během chodu elektromotoru část jeho rotorového vinutí pohybuje v magnetickém poli proudu části statorového vinutí. To je projev Ampérovy síly a Ampérova zákona interakce proudů.

Tento princip je snad nejrozšířenější u elektromotorů, kde elektrická energie se tak přemění na mechanickou energii.

Generátor je v principu stejný elektromotor, který realizuje pouze obrácenou transformaci: mechanická energie se přeměňuje na elektrickou energii (viz — Jak fungují AC a DC generátory?).

V motoru je na vinutí rotoru, kterým protéká proud, působení síly Ampér z magnetického pole statoru (na které v tomto okamžiku také působí proud požadovaného směru) a tím rotor motoru vstupuje do rotační pohyb, rotace hřídele se zátěží.

Elektromobily, tramvaje, elektrické vlaky a další elektrická vozidla zažívají rotaci kol díky hřídeli, která se otáčí působením Ampérovy síly v střídavém nebo stejnosměrném hnacím motoru. Střídavé a stejnosměrné motory používají ampéry.

Elektrické zámky (výtahové dveře, brány atd.) fungují stejně, jedním slovem - všechny mechanismy, kde elektromagnetické působení vede k mechanickému pohybu.

Například v reproduktoru, který produkuje zvuk v reproduktorech reproduktoru, membrána vibruje, protože cívka s proudem je odpuzována magnetickým polem permanentního magnetu, kolem kterého je instalována.Vznikají tak zvukové vibrace — proud je proměnný (protože proud v cívce se mění s frekvencí zvuku, který má být reprodukován) tlačí na difuzér a vytváří zvuk.

Elektrické měřicí přístroje magnetoelektrického systému (např. analogové ampérmetry) obsahují instalovaný odnímatelný drátěný rám mezi póly permanentního magnetu… Rám je zavěšen na spirálových pružinách, kterými prochází měřený elektrický proud tímto měřicím zařízením, vlastně rámem.

Při průchodu proudu rámem na něj v magnetickém poli permanentního magnetu působí Ampérová síla úměrná velikosti daného proudu, proto se rám otáčí a deformuje pružiny. Když je síla v ampérech vyvážena silou pružiny, luneta se přestane otáčet a v tomto bodě lze odečítat údaje.

K rámu je připojena šipka směřující k stupnici měřicího zařízení. Ukazuje se, že úhel vychýlení šipky je úměrný celkovému proudu procházejícímu rámem. Rám se obvykle skládá z několika závitů (viz — Zařízení ampérmetru a voltmetru).