Ampérův zákon

V tomto článku budeme hovořit o Amperově zákonu, jednom ze základních zákonů elektrodynamiky. Síla Ampérů dnes působí v mnoha elektrických strojích a instalacích a díky síle Ampérů ve 20. století byly možné pokroky související s elektrifikací v mnoha oblastech výroby. Amperův zákon je neochvějný dodnes a nadále věrně slouží modernímu inženýrství. Pojďme si tedy připomenout, komu za tento pokrok vděčíme a jak to všechno začalo.

V roce 1820 oznámil svůj objev velký francouzský fyzik Andre Marie Ampere. V Akademii věd hovořil o fenoménu interakce dvou vodičů s proudem: vodiče s opačnými proudy se odpuzují a se stejnosměrnými proudy se přitahují. Ampere také navrhl, že magnetismus byl zcela elektrický.

Nějakou dobu vědec prováděl své experimenty a nakonec svůj předpoklad potvrdil. Nakonec v roce 1826 publikoval Teorii elektrodynamických jevů odvozených výlučně ze zkušenosti.Od té chvíle byla myšlenka magnetické tekutiny odmítnuta jako zbytečná, protože magnetismus, jak se ukázalo, byl způsoben elektrickými proudy.

Ampere došel k závěru, že permanentní magnety mají uvnitř také elektrické proudy, kruhové molekulární a atomové proudy kolmé k ose procházející póly permanentního magnetu. Cívka se chová jako permanentní magnet, kterým spirálovitě protéká proud. Ampere získal plné právo s jistotou tvrdit: "všechny magnetické jevy jsou redukovány na elektrické akce."

V průběhu své výzkumné práce Ampere také objevil vztah mezi silou interakce proudových prvků s velikostmi těchto proudů, našel také výraz pro tuto sílu. Ampère poukázal na to, že síly interakce proudů nejsou centrální, jako gravitační síly. Vzorec, který Ampere odvodil, je dnes obsažen v každé učebnici elektrodynamiky.

Ampere zjistil, že proudy z opačného směru se odpuzují a proudy ze stejného směru se přitahují, pokud jsou proudy kolmé, pak mezi nimi není žádná magnetická interakce. Toto je výsledek vědcova zkoumání interakcí elektrických proudů jako skutečných základních příčin magnetických interakcí. Ampere objevil zákon mechanické interakce elektrických proudů a vyřešil tak problém magnetických interakcí.

Abychom objasnili zákonitosti, kterými jsou síly mechanické interakce proudů vztaženy k jiným veličinám, je možné provést experiment podobný dnešnímu Ampereovu pokusu.K tomu je relativně dlouhý vodič s proudem I1 pevně upevněn a krátký vodič s proudem I2 je pohyblivý, například spodní strana pohyblivého rámu s proudem bude druhým vodičem. Rám je připojen k dynamometru pro měření síly F působící na rám, když jsou živé vodiče rovnoběžné.

Zpočátku je systém vyvážený a vzdálenost R mezi dráty experimentálního uspořádání je výrazně menší ve srovnání s délkou l těchto drátů. Účelem experimentu je změřit odpudivou sílu drátů.

Proud ve stacionárních i pohyblivých drátech lze regulovat pomocí reostatů. Změnou vzdálenosti R mezi dráty, změnou proudu v každém z nich lze snadno najít závislosti, vidět, jak síla mechanické interakce drátů závisí na proudu a na vzdálenosti.

Pokud se proud I2 v pohyblivém rámu nezmění a proud I1 ve stacionárním drátu se zvýší o určitý počet, pak se síla F vzájemného působení drátů zvýší o stejnou hodnotu. Obdobně se situace vyvíjí, pokud je proud I1 v pevném drátu nezměněn a proud I2 v rámu se mění, pak se interakční síla F mění stejně, jako když se mění proud I1 ve stacionárním drátu konstantním proudem I2 v rám. Dospěli jsme tedy ke zřejmému závěru — síla vzájemného působení vodičů F je přímo úměrná proudu I1 a proudu I2.

Pokud nyní změníme vzdálenost R mezi interagujícími dráty, ukáže se, že jak se tato vzdálenost zvětšuje, síla F klesá a klesá stejným faktorem jako vzdálenost R.Síla mechanické interakce F vodičů s proudy I1 a I2 je tedy nepřímo úměrná vzdálenosti R mezi nimi.

Změnou velikosti l pohyblivého drátu je snadné zajistit, aby síla byla také přímo úměrná délce spolupůsobící strany.

V důsledku toho můžete zadat faktor proporcionality a napsat:

Tento vzorec umožňuje najít sílu F, kterou magnetické pole generované nekonečně dlouhým vodičem s proudem I1 působí na paralelní úsek vodiče s proudem I2, přičemž délka úseku je l a R je vzdálenost mezi interagujícími vodiči. Tento vzorec je nesmírně důležitý při studiu magnetismu.

Poměr stran lze vyjádřit pomocí magnetické konstanty jako:

Poté bude mít vzorec tvar:

Síla F se nyní nazývá Ampérova síla a zákon, který určuje velikost této síly, je Ampérův zákon. Ampérův zákon se také nazývá zákon, který určuje sílu, kterou magnetické pole působí na malou část vodiče s proudem:

«Síla dF, kterou magnetické pole působí na prvek dl vodiče s proudem v magnetickém poli, je přímo úměrná síle proudu dI ve vodiči a vektorovému součinu prvku o délce dl vodič a magnetická indukce B «:

Směr Ampérovy síly je určen pravidlem pro výpočet vektorového součinu, které je vhodné si zapamatovat pomocí pravidla levé ruky, které odkazuje na základní zákony elektrotechnikya Ampérový silový modul lze vypočítat podle vzorce:

Zde je alfa úhel mezi vektorem magnetické indukce a směrem proudu.

Je zřejmé, že ampérová síla je maximální, když je prvek vodiče s proudem kolmý k čarám magnetické indukce B.

Díky výkonu Ampere dnes funguje mnoho elektrických strojů, kde vodiče s proudem interagují mezi sebou a s elektromagnetickým polem. Většina generátorů a motorů tak či onak využívá při své práci ampérový výkon. Rotory elektromotorů rotují v magnetickém poli svých statorů vlivem Ampérovy síly.

Elektrická vozidla: tramvaje, elektrické vlaky, elektrická auta – všechna využívají sílu Ampere k tomu, aby se jejich kola nakonec otočila. Elektrické zámky, dveře výtahu atd. Reproduktory, reproduktory - v nich magnetické pole proudové cívky interaguje s magnetickým polem permanentního magnetu a vytváří zvukové vlny. Nakonec je plazma stlačena v tokamacích díky síle Ampere.