Anvendelse av Amperes kraftaksjon i teknologi

I 1820 gjorde den danske fysikeren Hans Christian Oersted en grunnleggende oppdagelse: den magnetiske nålen til et kompass avbøyes av en ledning som fører en elektrisk likestrøm. Dermed fant forskeren i et eksperiment at magnetfeltet til strømmen er rettet nøyaktig vinkelrett på strømmen, og ikke parallelt med den, som man kan anta.

Den franske fysikeren Andre-Marie Ampere ble så inspirert av demonstrasjonen av Oersteds eksperiment at han bestemte seg for å fortsette sin forskning i denne retningen på egen hånd.

Ampere var i stand til å fastslå at ikke bare en magnetisk nål avbøyes av en strømførende leder, men to parallelle ledere som fører likestrøm kan enten tiltrekke seg eller frastøte hverandre - avhengig av hvilke retninger de beveger seg i forhold til hverandre, strømmene i disse ledninger.

Det viste seg at en elektrisk strøm produserer et magnetfelt, og magnetfeltet virker allerede på en annen strøm.Ampere konkluderte med at en strømførende ledning også virker på en permanent magnet (pil) bare fordi mange mikroskopiske strømmer også flyter inne i magneten i lukkede baner, og i praksis, selv om magnetfeltene samhandler, kildene til disse magnetfeltene, strømmene , blir frastøtt. Det ville ikke vært noen magnetisk interaksjon uten strømmer.

Som et resultat, samme år 1820, oppdaget Ampere loven ifølge hvilken likestrømmer samhandler. Ledere med strømmer rettet i én retning tiltrekker hverandre, og ledere med motsatt rettede strømmer frastøter hverandre (se - Amperes lov).

Som et resultat av sitt eksperimentelle arbeid fant Ampere at kraften som virker på en strømførende ledning plassert i et magnetfelt avhenger lineært både av størrelsen på strømmen I i ledningen og på størrelsen på induksjonen B av magnetfeltet hvor denne ledningen er plassert .

Amperes lov kan formuleres som følger. Kraften dF som magnetfeltet virker på et strømelement dI plassert i et magnetisk induksjonsfelt B er direkte proporsjonal med strømmen og vektorproduktet av lengden til det ledende elementet dL ved den magnetiske induksjonen B.

Retningen til Amperes kraft kan bestemmes av venstrehåndsregelen. Denne kraften er størst når ledningen er vinkelrett på linjene for magnetisk induksjon. I prinsippet er amperestyrken for en ledning med lengde L som bærer en strøm I plassert i et magnetisk felt av induksjon B i en vinkel alfa til kraftlinjene til magnetfeltet lik:

I dag kan det hevdes at alle elektriske komponenter der en elektromagnetisk handling setter et element i mekanisk bevegelse bruker Amperens kraft.

Prinsippet for drift av elektromekaniske maskiner er basert nettopp på denne kraften, f.eks. i en elektrisk motor… Når som helst, under driften av den elektriske motoren, beveger en del av rotorviklingen seg i magnetfeltet til strømmen til en del av statorviklingen. Dette er en manifestasjon av Amperes kraft og Amperes lov om samspillet mellom strømmer.

Dette prinsippet er kanskje det vanligste i elektriske motorer, hvor elektrisk energi omdannes dermed til mekanisk energi.

Generatoren er i prinsippet den samme elektriske motoren, som bare realiserer den omvendte transformasjonen: mekanisk energi omdannes til elektrisk energi (se - Hvordan fungerer AC- og DC-generatorer?).

I motoren opplever rotorviklingen, som strømmen flyter gjennom, virkningen av Ampere-kraften fra statormagnetfeltet (som strømmen med ønsket retning også virker på dette tidspunktet) og dermed går motorens rotor inn i en rotasjonsbevegelse, rotasjon av akselen med lasten.

Elektriske biler, trikker, elektriske tog og andre elektriske kjøretøy opplever hjulrotasjon takket være en aksel som roterer under påvirkning av Amperes kraft i en AC- eller DC-drivmotor. AC- og DC-motorer bruker ampere.

Elektriske låser (heisdører, porter osv.) fungerer på samme måte, med et ord – alle mekanismer der elektromagnetisk handling fører til mekanisk bevegelse.

For eksempel, i en høyttaler som produserer lyd i høyttalerne til en høyttaler, vibrerer membranen fordi den strømførende spolen frastøtes av magnetfeltet til permanentmagneten som den er installert rundt.Dermed dannes lydvibrasjoner - strømstyrken er variabel (siden strømmen i spolen endres med frekvensen til lyden som skal reproduseres) skyver diffuseren og genererer lyd.

Elektriske måleinstrumenter til det magnetoelektriske systemet (f.eks. analoge amperemeter) inkluderer en installert avtakbar trådramme mellom polene til en permanent magnet… Rammen er opphengt i spiralfjærer, som den målte elektriske strømmen passerer gjennom denne måleanordningen, faktisk gjennom rammen.

Når strømmen passerer gjennom rammen, virker Ampere-kraften, proporsjonal med størrelsen på den gitte strømmen, på den i magnetfeltet til en permanent magnet, derfor roterer rammen og deformerer fjærene. Når Ampere-kraften balanseres av fjærkraften, slutter rammen å rotere og på det tidspunktet kan avlesninger tas.

En pil er koblet til rammen, og peker på den graderte skalaen til måleapparatet. Avbøyningsvinkelen til pilen viser seg å være proporsjonal med den totale strømmen som går gjennom rammen. Rammen består vanligvis av flere svinger (se — Amperemeter og voltmeterenhet).