Ampere'i seadus

Selles artiklis räägime Ampere'i seadusest, mis on üks elektrodünaamika põhiseadusi. Ampere jõud töötab tänapäeval paljudes elektrimasinates ja -paigaldistes ning tänu Ampere'i jõule 20. sajandil sai võimalikuks elektrifitseerimisega seotud edusammud paljudes tootmisvaldkondades. Ampere'i seadus on vankumatu tänapäevani ja teenib jätkuvalt ustavalt kaasaegset tehnikat. Nii et meenutagem, kellele me selle edu võlgneme ja kuidas see kõik alguse sai.

1820. aastal teatas suur prantsuse füüsik Andre Marie Ampere oma avastusest. Ta rääkis Teaduste Akadeemias kahe voolu juhtiva juhi vastastikmõju fenomenist: vastandvooluga juhid tõrjuvad üksteist, alalisvooluga tõmbavad teineteist. Ampere väitis ka, et magnetism oli täielikult elektriline.

Mõnda aega viis teadlane oma katseid läbi ja lõpuks kinnitas oma oletust. Lõpuks, aastal 1826, avaldas ta teooria "Electrodynamic Phenomena Theory of Exclusively from Experience".Sellest hetkest alates jäeti magnetilise vedeliku idee ebavajalikuks, kuna magnetismi põhjustasid, nagu selgus, elektrivoolud.

Ampere jõudis järeldusele, et püsimagnetite sees on ka elektrivoolud, ümmargused molekulaar- ja aatomvoolud, mis on risti teljega, mis läbivad püsimagneti poolusi. Mähis käitub nagu püsimagnet, mida läbib vool spiraalselt. Ampere sai täieliku õiguse enesekindlalt kinnitada: "kõik magnetnähtused taandatakse elektrilisteks toiminguteks."

Ampere avastas oma uurimistöö käigus ka seose vooluelementide vastasmõju jõu ja nende voolude suurusjärkude vahel, leidis sellele jõule ka väljendi. Ampère juhtis tähelepanu sellele, et hoovuste vastasmõju jõud ei ole kesksel kohal, nagu gravitatsioonijõud. Ampere'i tuletatud valem sisaldub tänapäeval kõigis elektrodünaamika õpikutes.

Amper leidis, et vastassuunalised voolud tõrjuvad ja samast suunast tõmbuvad, kui voolud on risti, siis nende vahel magnetilist vastasmõju ei ole. See on teadlaste elektrivoolude vastastikmõjude kui magnetiliste vastastikmõjude tõeliste algpõhjuste uurimise tulemus. Ampere avastas elektrivoolude mehaanilise vastastikmõju seaduse ja lahendas sellega magnetilise vastastikmõju probleemi.

Selgitamaks seaduspärasusi, mille järgi voolude mehaanilise vastasmõju jõud on seotud teiste suurustega, on tänapäeval võimalik läbi viia Ampere'i katsega sarnane eksperiment.Selleks fikseeritakse suhteliselt pikk traat vooluga I1 paigal ja lühike juhe vooluga I2 muudetakse liigutatavaks, näiteks teiseks juhtmeks saab liigutatava raami alumine vooluga pool. Raam on ühendatud dünamomeetriga, et mõõta raamile mõjuvat jõudu F, kui pingestatud juhid on paralleelsed.

Esialgu on süsteem tasakaalustatud ja eksperimentaalse seadistuse juhtmete vaheline kaugus R on oluliselt väiksem võrreldes nende juhtmete pikkusega l. Katse eesmärk on mõõta juhtmete tõukejõudu.

Voolu, nii statsionaarsetes kui ka liikuvates juhtmetes, saab reguleerida reostaatide abil. Muutes juhtmete vahelist kaugust R, muutes igas neist voolutugevust, saab hõlpsasti leida sõltuvusi, näha, kuidas juhtmete mehaanilise vastasmõju tugevus sõltub voolust ja kaugusest.

Kui liikuvas raamis olev vool I2 on muutumatu ja statsionaarses juhtmes vool I1 suureneb teatud arv kordi, suureneb juhtmete vastasmõju jõud F sama palju. Sarnaselt areneb olukord, kui fikseeritud juhtmes olev vool I1 on muutumatu ja kaadris olev vool I2 muutub, siis interaktsioonijõud F muutub samamoodi kui voolu I1 muutumisel statsionaarses juhtmes konstantse vooluga I2 in raam. Nii jõuame ilmselgele järeldusele - juhtmete F vastastikmõju jõud on võrdeline vooluga I1 ja vooluga I2.

Kui nüüd muuta interakteeruvate juhtmete vahelist kaugust R, siis selgub, et selle kauguse kasvades jõud F väheneb ja väheneb sama palju kui vahemaa R.Seega on vooludega I1 ja I2 juhtmete mehaanilise interaktsiooni jõud F pöördvõrdeline nendevahelise kaugusega R.

Liigutatava traadi suurust l muutes on lihtne tagada, et jõud on ka otseselt võrdeline interakteeruva külje pikkusega.

Selle tulemusena saate sisestada proportsionaalsuse teguri ja kirjutada:

See valem võimaldab leida jõu F, millega lõpmata pika vooluga I1 juhi tekitatud magnetväli mõjub vooluga I2 juhi paralleelsele lõigule, samas kui lõigu pikkus on l ja R on kaugus interakteeruvate juhtide vahel. See valem on magnetismi uurimisel äärmiselt oluline.

Kuvasuhet saab väljendada magnetkonstandiga järgmiselt:

Siis on valem järgmine:

Jõudu F nimetatakse nüüd Ampere'i jõuks ja seadus, mis määrab selle jõu suuruse, on Ampere'i seadus. Ampere'i seadust nimetatakse ka seaduseks, mis määrab jõu, millega magnetväli voolu juhtiva juhi väikesele lõigule mõjub:

«Jõud dF, millega magnetväli mõjub magnetväljas oleva vooluga juhi elemendile dl, on otseselt võrdeline juhis oleva voolu dI tugevusega ja elemendi vektorkorrutisega juhi pikkusega dl. juht ja magnetinduktsioon B «:

Ampere jõu suuna määrab vektorkorrutise arvutamise reegel, mida on mugav meeles pidada vasaku käe reegli abil, mis viitab elektrotehnika põhiseadused, ja Ampere jõumooduli saab arvutada järgmise valemiga:

Siin on alfa nurk magnetinduktsiooni vektori ja voolu suuna vahel.

Ilmselgelt on amprijõud maksimaalne, kui voolu juhtiva juhtme element on risti magnetinduktsiooni B joontega.

Tänu Ampere võimsusele töötavad tänapäeval paljud elektrimasinad, kus voolu juhtivad juhtmed suhtlevad omavahel ja elektromagnetväljaga. Enamik generaatoreid ja mootoreid kasutavad oma töös ühel või teisel viisil Ampere võimsust. Elektrimootorite rootorid pöörlevad oma staatorite magnetväljas Ampere'i jõu toimel.

Elektrisõidukid: tänavavagunid, elektrirongid, elektriautod – need kõik kasutavad Ampere’i jõudu, et panna oma rattad lõpuks ringi käima. Elektrilukud, liftiuksed jne Valjuhääldid, valjuhääldid - neis interakteerub voolupooli magnetväli püsimagneti magnetväljaga, moodustades helilaineid. Lõpuks surutakse plasma Ampere'i jõu toimel kokku tokamakkides.