Закон Ампера простым языком

Закон Ампера простым языком

Закон Ампера гласит, что сила, которая возникает вокруг проводника, прямо пропорциональна его длине, силе тока и магнитной индукции, а также косинуса угла между проводником и вектором магнитной индукции. Соответственно его формула:

F=BILcosa

Эта F является силой Ампера. Ничего не напоминает? И формула, и сам её физический смысл аналогичен силе Лоренца. Отличием является лишь то, что закон Ампера справедлив для проводника в магнитном поле, а Лоренца действует на заряженные частицы.

Если его представить в векторной форме, то уравнение будет иметь вид:

А в дифференциальной форме:

Есть и другая формулировка: закон Ампера характеризует силу, действующую на проводник в магнитном поле. Он был открыт Андре Мари Ампером в 1820 году.

В чем измеряется сила Ампера? Как и другие силы в физике – в Ньютонах (Н).

Интересно! В отечественной физике в большинстве случаев придерживаются системы единиц измерения СИ. Так вот в этой системе под величиной 1 Ампер понимают такой ток, при протекании которого по двум проводникам расположенным параллельно и в 1 метре друг от друга, возникала бы сила взаимодействия в 2*10^(-7) Н. При этом они имеют бесконечную длину, минимальную площадь поперечного сечения и расположены в вакууме.

Так как этот закон подразумевает возникновение какой-то силы, то нет сомнений что при наличии нескольких таких сил они будут взаимодействовать между собой. Давайте разберёмся как именно.

При взаимодействии параллельных токов, протекающих в одном направлении, два расположенных рядом проводника начнут притягиваться. Если токи будут протекать в разных направлениях — проводники будут отталкиваться. Это и есть самое важное действие в этом законе.

Направление силы Ампера

Чтобы определить направление этих сил используют правило левой руки. Для этого нужно раскрытую ладонь левой руки расположить около проводника так, чтобы в неё входили линии вектора индукции магнитного поля, а четыре раскрытых пальца указывали направление протекания тока. Тогда отогнутый под прямым углом большой палец укажет направление силы Ампера и Лоренца.

Направление силы Ампера

Напомним, что направление вектора магнитной индукции определяется с помощью правила правой руки. Для этого нужно обогнуть четыре пальца правой руки вокруг проводника, большой палец отогнуть под прямым углом (словно показываете «класс»), так чтобы он указывал направление тока. Тогда четыре согнутых пальца будут показывать, как проходят линии магнитного поля, они будут описывать окружности вокруг токопроводящей жилы.

Направление линий магнитного поля

Применение на практике

Закон Ампера является одним из важнейших законов электротехнике. Давайте рассмотрим примеры из его практического применения. Основой почти любого предприятия является электропривод. Двигателя и электромагнитные исполнительные механизмы используются для перемещения или приведения в действие различных узлов:

  • автоматизированных задвижек трубопроводов;
  • грузоподъемных механизмов;
  • электротранспорта (электровозы на жд);
  • трамваи;
  • троллейбусы;
  • электрокары и прочее.

Сила Ампера заставляет двигатель вращаться, из-за взаимодействия между обмотками ротора и статора. Для того чтобы обмотки вращались, их либо переключают с помощью щеточного узла и коллектора в двигателях постоянного тока, либо используют переменный ток.

Щетки

В динамиках и громкоговорителях тоже закон Ампера нашел свое применение. Там происходит движение мембраны, на которой расположена обмотка из медной проволоки в магнитном поле постоянного магнита.

Строение динамика

Её действие наблюдается при коротких замыканиях на ЛЭП. Где под воздействием сверхбольших токов шины и провода начинают изгибаться.

В момент выстрела из рельсотрона у него раздвигаются рельсы. Это обусловлено уже перечисленными причинами.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:

Все явления в электричестве важны, некоторые вносят меньшее влияние, некоторые большее. Однако понимать, где и как они проявляются должен каждый, кто связан с этой сферой, независимо электромонтер, АСУшник или КИПовец. Надеемся, теперь вы знаете, что описывает закон Ампера, а также какое его практическое значение!

Закон Ампера

Движение электрических зарядов приводит к возникновению магнитных полей.

Одним из главных направлений развития естественной науки в начале XIX века стало растущее осознание взаимосвязей между, казалось бы, совершенно не связанными между собой феноменами электричества и магнетизма. Ханс Кристиан Эрстед (см. Открытие Эрстеда) экспериментально установил, что провод, по которому течет электрический ток, отклоняет магнитную стрелку компаса. Андре-Мари Ампер так заинтересовался этим явлением, что принялся за углубленное экспериментальное и математическое исследование взаимосвязи между электричеством и магнетизмом. В результате и был сформулирован закон, носящий теперь его имя.

Ключевой эксперимент, проведенный Ампером, достаточно прост. Он положил два прямых провода бок о бок и пропускал по ним электрический ток. Выяснилось, что между проводами действует сила притяжения или отталкивания (в зависимости от направления тока. — Прим. переводчика). Конечно, не надо быть семи пядей во лбу, чтобы прийти к такому выводу. Ведь при достаточно сильном токе провода действительно притягиваются или отталкиваются так, что это видно невооруженным глазом. Но Ампер путем тщательных измерений сумел определить, что сила механического взаимодействия пропорциональна силам токов и падает по мере увеличения расстояния между ними. Исходя из этого Ампер решил, что наблюдаемая сила объясняется возникновением магнитного поля.

Рассуждал Ампер примерно так. Электрический ток в одном проводе производит магнитное поле, конфигурация силовых линий которого представляет собой концентрические круги вокруг сечения провода. Второй провод попадает в область воздействия этого магнитного поля, и в нем возникает сила, действующая на движущиеся электрические заряды. Эта сила передается атомам металла, из которого сделан провод, в результате чего провод и изгибается. Таким образом, эксперимент Ампера демонстрирует нам два взаимодополняющих факта о природе электричества и магнетизма: во-первых, любой электрический ток порождает магнитное поле; во-вторых, магнитные поля оказывают силовое воздействие на движущиеся электрические заряды. Первое из этих утверждений сегодня и называют законом Ампера, и закон этот тесно связан с законом Био—Савара. Именно эти два закона затем легли в основу теории электромагнитного поля (см. Уравнения Максвелла).

Если же трактовать закон Ампера чуть шире, то мы поймем, что находящийся в пространстве замкнутый электрический контур формирует вокруг себя магнитное поле, интенсивность которого пропорциональна силе протекающего через контур электрического тока и площади внутри контура. То есть, например, если вокруг отдельного прямолинейного проводника с током формируется магнитное поле, индукция которого равна B на расстоянии r от проводника, то при замыкании такого проводника в круговой контур, путём сложения этих полей внутри контура, образованного замкнутым проводником с током, то есть, выражаясь научным языком, путём интегрирования, мы получим значение интенсивности магнитного поля внутри контура 2рrB, где 2рr — площадь кругового контура. По закону Ампера эта величина и будет пропорциональна силе тока в контуре.

На самом деле вы не раз сталкивались с упоминанием имени Андре-Мари Ампера, возможно сами того не сознавая. Взгляните на любой электроприбор у вас дома — и вы на нем обнаружите его электротехнические характеристики, например: «

220V 50Hz 3,2А». Это значит, что прибор рассчитан на питание от стандартной электросети переменного тока напряжением 220 вольт с частотой 50 герц, а сила потребляемого прибором тока составляет 3,2 ампера. Единица силы тока ампер (сокращенно — А) как раз и названа в честь ученого.

Официальное определение единицы выводится из исходного эксперимента, проделанного Ампером. Это сила тока, протекающего в каждом из двух параллельных прямолинейных проводников, помещенных в вакууме на расстояние одного метра друг от друга, вызывающая между двумя проводниками силу взаимодействия, равную 2×10 –7 ньютона на метр длины. (Все научные определения единиц измерения даются в такой строгой формулировке. Причем речь здесь идет о так называемых «идеальных проводниках» бесконечной длины и ничтожно малого поперечного сечения.) Кстати, при силе тока в 1 ампер в любой точке проводника каждую секунду протекает около 6×10 23 электронов.

Закон Ампера простыми словами

На основе магнитных явлениях построено действие электротехнических устройств. Все современные электромоторы, генераторы и множество других электромеханических приборов работают по принципу взаимодействия электрического тока с окружающими его магнитными полями. Эти взаимодействия описывает знаменитый закон Ампера, названный так в честь своего первооткрывателя.

Влияние электричества на поведение магнитной стрелки впервые обнаружил Х. К. Эрстед. Он заметил, что вопреки ожиданию, магнитное поле не параллельно вектору тока, а перпендикулярно ему. Развивая выводы Эрстеда, и продолжая исследования в этом направлении, Мари Ампер установил [1], что электричество взаимодействует не только с магнитами, но и между собой. Заслуга Ампера в том, что он теоретически обосновал взаимное влияние токов и предоставил формулу, позволяющую вычислять силы этого взаимодействия.

Определение и формула

Экспериментальным путём Ампер установил, что между двумя параллельными проводниками, подключенными к постоянному току, действует притяжение (однонаправленные токи) либо отталкивание (если направления противоположные). Эти силы взаимодействия определяются параметрами токов (прямо пропорциональная зависимость), и расстоянием между проводниками (обратно пропорциональная зависимость).

Читайте также  Сопротивление пусковой и рабочей обмотки однофазного двигателя

Расчёт амперовой силы на единицу длины проводника осуществляется по формуле:

где F – сила, I1, I2 – величина тока в проводниках, а μ – магнитная проницаемость среды, окружающей проводники (см. рис. 1).

Природой взаимодействия является магнитное поле, образованное перемещаемыми по проводникам электрическими зарядами. Под влиянием магнитного поля на электрические заряды возникает сила магнитной индукции, которую обозначают символом B.

Линии, в каждой точке которых касательные к ним совпадают с направлением соответствующих векторов магнитной индукции, получили название линий электромагнитной индукции. Применяя мнемоническое правило буравчика, можно определить ориентацию в пространстве линий магнитной индукции. То есть, при ввинчивании буравчика в сторону, куда направлен вектор электрического тока, движение концов его рукоятки укажет направление векторов индукции.

Из сказанного выше следует, что в проводниках, с одинаково ориентированными токами, направления векторов магнитной индукции совпадают, а значит, векторы сил направлены навстречу друг к другу, что и вызывает притяжение.

Взаимодействие параллельных проводников

Рис. 1. Взаимодействие параллельных проводников

Подобным образом проводники взаимодействуют не только между собой, но и с магнитными полями любой природы. Если такой проводник окажется в магнитном поле, то на элемент, расположенный в зоне действия магнита, будет действовать сила, которую именуют Амперовой:

Для вычисления модуля этой силы пользуются формулой: dF = IBlsinα , где α — угол, образованный векторами индукции и ориентацией тока.

Рассмотренную нами зависимость описывает закон Ампера, формулировка которого понятна из рисунка 2.

Закон Ампера

Рис. 2. Формулировка закона Ампера

Не трудно сообразить, что когда α = 90 0 , то sinα = 1. В этом случае величина F приобретает максимальное значение: F = B*L*I, где L– длина проводника, оказавшегося под действием магнитного поля.

Таким образом, из закона Ампера вытекает:

  • проводник с током реагирует на магнитные поля.
  • действующая сила находится в прямо пропорциональной зависимости от параметров тока, величины магнитной индукции и размеров проводника.

Обратите внимание, что на данном рисунке 3 проводник расположен под углом 90º к линиям магнитной индукции, что вызывает максимальное действие магнитных сил.

Проводник в магнитном поле

Рис. 3. Проводник в магнитном поле

Направление силы Ампера

Принимая к сведению то, что сила – векторная величина, определим её направление. Рассмотрим случай, когда проводник с током расположен между двумя полюсами магнитов под прямым углом к линиям магнитной индукции.

Выше мы установили, что согласно закону Ампера, действующая на данный проводник сила, равна: F = B*L*I. Направление вектора рассматриваемой силы определяется по результатам векторного произведения:

Если полюса магнита статичны (неподвижны), то векторное произведение будет зависеть только от параметров электричества, в частности, от того, в какую сторону оно течёт.

Направление силы Ампера определяют по известному правилу левой руки: ладонь располагают навстречу магнитным линиям, а пальцы размещают вдоль проводника, в сторону устремления тока. На ориентацию силы Ампера указывает большой палец, образующий прямой угол с ладонью (см. рис. 4).

Интерпретация правила

Рис. 4. Интерпретация правила

Измените мысленно направление электрического тока, и вы увидите, что направление вектора Амперовой силы изменится на противоположное. Модуль вектора имеет прямо пропорциональную зависимость от всех сомножителей, но на практике эту величину удобно регулировать путём изменения параметров в электрической цепи (например, для регулировки мощности электродвигателя).

Применение

Закон Ампера, а точнее следствия, вытекающие из него, используются в каждом электромеханическом устройстве, где необходимо вызвать движение рабочих элементов. Самым распространённым механизмом, работа которого базируется на законе Ампера, является электродвигатель.

Применение электромоторов настолько широкое, что его можно увидеть практически во всех сферах человеческой деятельности:

  • на производстве, в качестве приводов станков и различного оборудования;
  • в бытовой сфере (бытовая электротехника);
  • в электроинструментах;
  • на транспорте;
  • в устройствах автоматики, в офисной технике и во многих других сферах.

Из закона Ампера вытекает возможность получения электротока путём перемещения проводников, находящихся в магнитном поле. На данном принципе построены все генераторы электрического тока. Благодаря этой уникальной возможности, у нас появился доступ к использованию электроэнергии для различных потребностей.

Мы буквально окружены проявлением закона Ампера. Например, просмотр телепередачи сопровождается звуком, который транслируется через динамики. Но диффузор динамика приводит в движение сила Ампера. Мы разговариваем по телефону – там тоже есть динамик и микрофон. Принцип действия современных микрофонов также основан на законе Ампера.

Вход в помещение через автоматическую раздвижную дверь, поднятие на лифте, поездка в троллейбусе, трамвае, запуск двигателя автомобиля – всё это было бы невозможным, если бы не существовало взаимодействия электрического тока с силами магнитной индукции.

Ампер открыл перед человечеством такие возможности, без которых развитие научно-технического прогресса было бы невозможным. Влияние этого закона в электротехнике сравнимо с законами Ньютона, которые в своё время совершили революцию в механике. В этом огромная заслуга учёного-физика Мари Ампера, труды которого увенчались открытием в 1820 г. знаменитого закона.

Простое объяснение закона Ампера и силы, которую он характеризует

В этой статье вы узнаете, как формулируется закон Ампера, и какого его применение. А также, что это за феномен – сила Ампера.

Электричество – это достаточно непростая область физики, состоящая из множества законов и явлений, который аккомпанируют движению тока в проводнике.

Сила показывает себя разными способами, вот Вам простой пример: если у нас есть два или больше проводников, по которым проходит электричество, то их тяготение будет направлено друг другу или наоборот.

Понятие силы Ампера

Закон Ампера описывает силу, которая появляется около проводника и соизмерима его длине, силе тока и магнитной индукции, равным образом также косинуса угла между проводником и вектором магнитной индукции. Вследствие этого, получается такая формула: F=BILcosa. Где F – сила Ампера.

Ни на что не похоже? Сама формула и ее физический смысл подобен силе Лоренца. Разница только в том, что закон Ампера применяется для проводника в магнитном поле, а Лоренца – на заряженные частицы.

В дифференциальной форме, уравнение будет выглядеть так:

В векторной форме так:

Существует и другая формулировка, которая была открыта Андре Мари Ампером в 1820 году. Она гласит: закон Ампера характеризует силу, воздействующую на проводник в магнитном поле.

Эта величина, как и другие силы в физике, измеряется в Ньютонах (Н).

Поскольку закон Ампера предполагает появление какой-либо силы, то не взирая ни на что, присутствие двух и больше таких сил вызовет их взаимодействие между собой. Каким же образом?

Самое важное действие в данном законе это, что при взаимодействии параллельных токов, которые движутся в одном направлении, проводники, располагающиеся рядом, начнут притягиваться. В случае, если токи будут двигаться в разных направлениях они будут отталкиваться.

Направление (устремление) силы Ампера

Для определения направления прибегают к правилу левой руки. Для этого Вам потребуется разместить раскрытую ладонь левой руки возле проводника таким образом, чтобы в нее входили векторы индукции магнитного поля, а четыре открытых пальца показывали направление движение тока.

Вследствие этого, большой палец укажет, куда устремлены силы Ампера и Лоренца.

рука, график

Давайте вспомним, как найти направление вектора магнитной индукции… Он находится путем применения правила правой руки: четырьмя пальцами правой руки «обнять» проводник, а большой палец выпрямить под углом 90 градусов таким образом, чтоб он показывал направление тока.

Вследствие этого, четыре согнутых пальца будут изображать круги вокруг токопроводящей нити и указывать, как пробегают линии магнитного поля.

схема

Применение в жизни

В электротехнике закон Ампера «играет» одну из самых важных «ролей». Давайте обсудим случаи его применения на практике. Электропривод — это основа практически каждого предприятия. Для передвижения или доведения до действий всевозможных систем, таких как:

  • электромобили;
  • трамваи;
  • троллейбусы;
  • автоматизированные задвижки трубопроводов;
  • грузоподъемных механизмов;
  • электротранспорта (электровозы на ЖД) и других,

применяются двигатели и электромагнитные исполнительные механизмы.

В результате содействия между обмотками ротора и статора, сила вынуждает двигатель вращаться.

Чтобы заставить обмотки вращаться, их либо переключают с помощью щеточного узла и коллектора в двигателях постоянного тока, либо используют переменный ток.

Свое назначение закон Ампера нашел также в динамиках и громкоговорителях. В них осуществляется движение мембраны, на которой находится обмотка из медной проволоки в магнитном поле постоянного магнита.

Ее действие просматривается при коротких замыканиях на линиях электропередач. Там, под влиянием сверхбольших токов, провода и шины начинают изгибаться.

В рельсотроне в момент выстрела раздвигаются рельсы. Это предопределено уже вышеперечисленными причинами.

Читайте также  5 лучших способов пломбировки вводного автоматического выключателя

Формулировка закона Ампера и его применение

Магнитные явления используют в качестве основы для проектирования электротехнических устройств. Современные модели электродвигателей, генераторов, электромеханической аппаратуры функционируют по принципу взаимодействия электрического тока и окружающих его магнитных полей. Данные взаимосвязи описаны в известном законе Ампера, который получил название в честь своего первооткрывателя.

Влияние электричества на положение магнитной стрелки первым в истории выявил Х.К. Эрстед. Исследователь определил перпендикулярность магнитного поля относительно вектора электрического тока. Выводы Эрстеда получили развитие в работах Андре-Мари Ампера, установившего взаимодействие электричества не только с магнитами, но и между собой.

Ценность научных трудов Ампера заключается в теоретическом обосновании взаимного влияния токов и представлении выражения, с помощью которого можно рассчитать силы данного взаимодействия.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Путем постановки эксперимента Ампер заметил, что два проводника, по которым протекает постоянный ток, притягиваются (в случае однонаправленных токов) или отталкиваются (при противоположных токах).

Рассматриваемые силы взаимодействия прямо пропорциональны параметрам токов и обратно пропорциональны расстоянию, на которое удалены проводники друг от друга.

Формула для расчета Амперовой силы на единицу длины имеет вид:

I1, I2 – величина тока в проводниках;

μ – магнитная проницаемость среды, которая окружает проводники.

Природа взаимодействия – магнитное поле, как результат перемещения по проводникам электрических зарядов.

Влияние магнитного поля на заряженные частицы проявляется в виде силы магнитной индукции, которую принято обозначать буквой В.

Линии магнитной индукции представляют собой линии, в каждой точке которых касательные к ним совпадают с направлением соответствующих векторов магнитной индукции.

С помощью мнемонического правила буравчика определяют, как линии магнитной индукции ориентированы в пространстве. В процессе ввинчивания буравчика в сторону, совпадающую с направлением вектора электрического тока, по движению концов его рукоятки можно определить направление векторов индукции.

Таким образом, в проводниках, токи которых одинаково ориентированы, направления векторов магнитной индукции будут одинаковы, а значит, векторы сил направлены навстречу друг к другу, что и вызывает притяжение.

Закон Ампера

Подобное взаимодействие можно наблюдать не только между проводниками, но и с магнитными полями любой природы. В том случае, когда такой проводник помещают в магнитное поле, на элемент в зоне действия магнита воздействует сила, именуемая Амперовой:

Рассчитать модуль Амперовой силы можно с помощью уравнения:

где α — угол, образованный векторами индукции и ориентацией тока.

Рассматриваемая зависимость является пояснением к закону Ампера.

Пояснением к закону Ампера

Достаточно просто прийти к выводу, что при α = 90°, sinα = 1. В этом случае величина F приобретает максимальное значение:

где L– длина проводника, на которое оказывает воздействие магнитное поле.

Следствия, вытекающие по смыслу из закона Ампера:

  • проводник с током реагирует на магнитные поля;
  • действующая сила прямо пропорционально зависит от характеристик тока, величины магнитной индукции и габаритов проводника.

Максимальное действие магнитных сил можно наблюдать при расположении проводника под углом 90° к линиям магнитной индукции:

Максимальное действие магнитных сил

Единицы измерения, границы применимости

Сила Ампера является силой, оказывающей действие на проводник с током, помещенный в магнитное поле, и равной произведению силы тока в проводнике, модуля вектора индукции магнитного поля, длины проводника и синуса угла между вектором магнитного поля и направлением тока в проводнике.

В том случае, когда рассматривают прямолинейный проводник, силу Ампера можно рассчитать по формуле:

где I – является силой тока, текущего по проводнику;

(vec) – представляет собой вектор индукции магнитного поля с помещенным в него проводником;

l — длина проводника в поле, направление задано направлением тока;

(alpha) – является углом между векторами (vec) и (vec)

Границы применимости данной формулы:

  • длина проводника имеет такое значение, при котором индукцию во всех точках проводника можно считать одинаковой;
  • однородное магнитное поле при любой длине проводника, но при этом проводник полностью расположен в поле.

В том случае, когда проводник некой формы обладает произвольными размерами, а поле не является однородным, формула для определения силы Ампера имеет вид:

Закон Ампера является основанием для расшифровки единиц силы тока в системах СИ и СГСМ. Ампер соответствует силе постоянного тока, который в процессе течения по паре параллельных бесконечно длинных прямолинейных проводников, обладающих бесконечно малым круговым сечением и удаленных друг от друга на расстояние 1 метр, в вакуумной среде формирует силу взаимодействия между данными проводниками, равную (2*10^<-7>) H на каждый метр длины.

Током в 1 ампер (1 A) называют такой ток, при котором два однородных параллельных проводника, находящихся в вакуумной среде и удаленных друг от друга на 1 метр, взаимодействуют с силой 2*10-7 Ньютона.

Закон взаимодействия токов: два параллельных проводника в вакууме с диаметрами много меньшими, чем расстояние между ними, взаимодействуют с силой, прямо пропорциональной произведению токов в этих проводниках и обратно пропорциональна расстоянию между ними.

Амперы переводят в ватты для расчета мощности тока. Подобные действия являются относительными, так как в данном случае единицы измерения разные. Амперы являются физической величиной силы электрического тока, то есть определяют скорость, с которой электричество проходит через кабель.

Ватт представляет собой величину электрической мощности, или скорость, с которой потребляется электрическая энергия.

Представить формулировку ампера, исходя из связи с другими электрическими единицами, можно с помощью примеров:

  • если сила тока равна 1 амперу (А), то через поперечное сечение проводника в течение 1 секунды проходит заряд в 1 кулон (Кл);
  • в том случае, когда подается заряд силой 1 ампер к обкладкам конденсатора с емкостью 1 Ф, напряжение на пластинах будет расти, увеличиваясь каждую секунду на 1 В;
  • емкость гальванических источников и аккумуляторов измеряют в ампер-часах (А*ч, или А*h), 1 А*ч = 3660 Кл, данное количество электрического тока протекает через проводник в течение 1 часа;
  • выпрямители или блоки питания характеризуются вторым по значению параметром в виде максимальной мощности (ватт), которую маркируют, как В*А;
  • величина электричества в разряде молнии ориентировочно составляет 500 килоампер (1 кА = 10³ А);
  • лампа накаливания мощностью 0,1 киловатт (кВт) потребляет 0,5 А.

Количество ампер наносят на корпус автоматических выключателей. Данная информация также размещена на предохранителях.

Умение переводить амперы в ватты пригодится для определения типа устройств, которые способны выдержать мощность подключаемых потребителей. К ним относят защитную и коммутационную аппаратуру. Перевод одних единиц измерения в другие осуществляют с помощью формулы:

U — вольты, в которых измеряют напряжение сети.

В помещениях жилого назначения используют однофазную сеть в 220 В. На производственных предприятиях для того, чтобы подключить промышленное оборудование, необходимо проложить электрическую трехфазную сеть в 380 В.

С помощью формулы определяют соответствие ампер ваттам и наоборот, переводят ватты в амперы. Формулу с напряжением и силой тока используют в процессе подбора типа кабеля по мощности и силе тока. Таблица демонстрирует соответствие тока сечению провода (в квадратных миллиметрах):

Таблица

Перевод ватт в амперы выполняют тогда, когда требуется установить защитное устройство и определить его номинальный ток. С помощью таблицы можно выявить соответствие скорости потребления электрической энергии силе тока в случае однофазной и трехфазной сети:

Таблица

Рассмотреть действие силы Ампера можно с помощью практического опыта. Для эксперимента понадобится магнит-подкова, между полюсами которого необходимо разместить проводник. При замыкании ключа проводник приводится в движение, смещаясь от начального равновесного положения. Таким образом, меняя направление пропускания тока, можно заметить, что в зависимости от направления движения изменяется направление, в котором отклоняется проводник.

Практический опыт

Данный эксперимент позволяет сделать несколько выводов:

  • магнитное поле оказывает воздействие только на проводник с током;
  • на проводник с током в магнитном поле действует сила, которая возникает в результате их взаимодействия, что приводит проводник в движение в границах магнитного поля;
  • характер взаимодействия прямо зависит от напряжения электрического тока и силовых линий магнитного поля;
  • поле не оказывает воздействия на проводник с током в том случае, когда ток в проводнике течет параллельно направлению линий поля.

Направление силы Ампера

Сила является векторной величиной, направление которой можно определить. Предположим, что проводник с током находится между двумя магнитными полюсами и расположен под прямым углом к линиям магнитной индукции. Согласно закону Ампера, на проводник действует сила, которая равна:

Направление вектора данной силы можно определить с помощью векторного произведения:

В том случае, когда полюса магнита находятся в неподвижном состоянии, то есть статичны, векторное произведение определяется только параметрами электричества, в частности, его направлением. Выяснить, как направлена сила Ампера, можно с помощью известного правила левой руки.

Читайте также  Кровельная пленка для дома своими руками

Правило левой руки: если ладонь расположить навстречу магнитным линиям, а пальцы – вдоль проводника, в сторону устремления тока, то на ориентацию силы Ампера укажет большой палец, образующий прямой угол с ладонью.

Если представить, что направление электрического тока изменилось, то направление вектора силы Ампера поменяет направление на противоположное. Модуль вектора зависит прямо пропорционально от всех сомножителей. Однако на практике данная величина регулируется путем изменения параметров в электрической цепи, к примеру, с целью регулировки мощности электрического двигателя.

Применение закона Ампера на практике

Следствия закона Ампера активно используют в разработке электромеханического оборудования, функционирование которого предусматривает приведение в движение рабочих компонентов. Наиболее распространенным примером таких устройств является электрический двигатель, работающий на основе закона Ампера. Электромоторы нашли широкое применение практически во всех сферах деятельности человека:

  • на производстве, в качестве приводов станков и разного оборудования;
  • в электрических инструментах и бытовой электротехнике;
  • в транспортных средствах;
  • в автоматических устройствах, офисной технике.

Открытие Ампера послужило одним из триггеров научно-технического прогресса. Влияние данного закона на развитие электротехники можно сравнить с законами Ньютона, которые стали революционными в механике. Заслуги ученого-физика Андре-Мари Ампера огромны. Закон был открыт в 1820 году.

Из закона Ампера следует возможность получения электрического тока с помощью перемещения проводников, которые находятся в магнитном поле. Данный принцип взят за основу при построении генераторов электрического тока. Такая уникальная возможность позволяет получить доступ к применению электроэнергии для решения разных инженерных задач.

С проявлениями закона Ампера можно встретиться повсеместно. К примеру, просмотр передач по телевизору сопровождается звуком, транслируемым с помощью динамиков. Работа диффузора динамика возможна благодаря действию силы Ампера.

В процессе телефонного разговора также задействованы динамик и микрофон. Современные микрофоны функционируют на основе закона Ампера. Вход в помещение через автоматическую раздвижную дверь, поднятие на лифте, поездка в троллейбусе, трамвае, запуск двигателя автомобиля – все это было бы невозможным при отсутствии взаимодействия электрического тока с силами магнитной индукции.

Закон Ампера

В этой статье поговорим о законе Ампера — одном из основных законов электродинамики. Сила Ампера работает сегодня во многих электрических машинах и установках, и именно благодаря силе Ампера в 20-веке стал возможным прогресс, связанный с электрификацией во многих сферах производства. Закон Ампера незыблем по сей день, и продолжает верно служить современному машиностроению. Так давайте же вспомним, кому мы обязаны этим прогрессом, и как все начиналось.

В 1820 году великий французский физик Андре Мари Ампер сообщил о своем открытии. Он рассказал в академии наук о явлении взаимодействия двух проводников с током: проводники с противоположными токами взаимно отталкиваются, а с однонаправленными — взаимно притягиваются. Ампер также предположил, что магнетизм имеет полностью электрическую природу.

Еще некоторое время ученый проводил свои эксперименты, и в конце концов подтвердил свое предположение. Наконец, в 1826 году он опубликовал труд «Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта». С этого момента идея магнитной жидкости была отброшена за ненадобностью, поскольку магнетизм, как оказалось, имеет своей причиной электрические токи.

Постоянный магнит

Ампер заключил, что и постоянные магниты тоже имеют внутри себя электрические токи, круговые молекулярные и атомарные токи, перпендикулярные оси, проходящей через полюса постоянного магнита. Подобно постоянному магниту ведет себя и катушка, по которой течет по спирали ток. Ампер получил полное право на то, чтобы уверенно утверждать: «все магнитные явления сводятся к действиям электрическим».

Закон Ампера

В процессе своей исследовательской работы, Ампер нашел и связь силы взаимодействия элементов тока с величинами этих токов, нашел он и выражение для данной силы. Ампер указал на то, что силы взаимодействия токов не являются центральными, как например гравитационные. Формула, которую вывел Ампер, входит сегодня в каждый из учебников электродинамики.

Ампер установил, что токи противоположного направления отталкиваются, а токи одного направления притягиваются, если же токи перпендикулярны, то магнитное взаимодействие между ними отсутствует. Таким был итог исследования ученым взаимодействий электрических токов, как истинных первопричин магнитных взаимодействий. Ампер открыл закон механического взаимодействия электрических токов, и решил таким образом проблему магнитных взаимодействий.

Для выяснения закономерностей, по которым силы механического взаимодействия токов связаны с другими величинами, можно и сегодня провести эксперимент, наподобие эксперимента Ампера. Для этого относительно длинный проводник с током I1 закрепляют неподвижно, а короткий проводник с током I2 делают подвижным, допустим, нижняя сторона подвижной рамки с током будет вторым проводником. Рамка соединяется с динамометром для измерения силы F, действующей на рамку, когда проводники с токами располагаются параллельно.

Изначально система уравновешивается, а расстояние R между проводниками экспериментальной установки делается значительно меньшим по сравнению с длиной l этих проводников. Цель эксперимента — измерить силу отталкивания проводников.

Ток, как в неподвижном, так и в подвижном проводниках, можно регулировать посредством реостатов. Варьируя расстояние R между проводниками, изменяя ток в каждом из них можно легко обнаружить зависимости, увидеть, как от тока и от расстояния зависит сила механического взаимодействия проводников.

Если ток I2 в подвижной рамке неизменен, а ток I1 в неподвижном проводнике увеличивать в определенное количество раз, то и сила F взаимодействия проводников возрастет во столько же раз. Аналогичным образом складывается ситуация и в том случае, если ток I1 в неподвижном проводнике неизменен, а ток I2 в рамке изменяется, тогда сила F взаимодействия меняется точно так же, как и при изменении тока I1 в неподвижном проводнике при неизменном токе I2 в рамке. Таким образом, приходим к очевидному выводу — сила взаимодействия проводников F прямо пропорциональна силе тока I1 и силе тока I2.

Если теперь изменять расстояние R между взаимодействующими проводниками, то окажется, что с увеличением этого расстояния, сила F уменьшается, и уменьшается во столько же раз, во сколько увеличено расстояние R. Таким образом, сила механического взаимодействия F проводников с токами I1 и I2 обратно пропорциональна расстоянию R между ними.

Изменяя размер l подвижного проводника легко убедиться и в том, что сила связана и с длиной взаимодействующей стороны прямо пропорционально.

В итоге можно ввести коэффициент пропорциональности и записать:

Эта формула позволяет найти силу F, с которой магнитное поле, порожденное бесконечно длинным проводником с током I1 действует на параллельный ему участок проводника с током I2, при том, что длина участка равна l, а R — расстояние между взаимодействующими проводниками. Данная формула крайне важна при исследованиях магнетизма.

Коэффициент пропорциональности может быть выражен через магнитную постоянную как:

Тогда формула примет вид:

Сила F называется теперь силой Ампера, а закон, определяющий величину этой силы — законом Ампера. Законом Ампера называется также закон, определяющий силу, с которой магнитное поле действует на малый отрезок проводника с током:

«Сила dF, с которой магнитное поле действует на элемент dl проводника с током, находящегося в магнитном поле, прямо пропорциональна силе тока dI в проводнике и векторному произведению элемента длины dl проводника на магнитную индукцию B»:

Направление силы Ампера определяется по правилу вычисления векторного произведения, которое удобно запомнить при помощи правила левой руки, которое относится к основным законам электротехники, а модуль силы Ампера можно вычислить по формуле:

Здесь альфа — угол между вектором магнитной индукции и направлением тока.

Очевидно, сила Ампера максимальна когда элемент проводника с током расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции В.

Определение силы Ампера

Именно благодаря силе Ампера работают сегодня многие электрические машины, в которых проводники с током взаимодействуют друг с другом и с электромагнитным полем. Подавляющее большинство генераторов и моторов так или иначе используют в своей работе силу Ампера. Роторы электродвигателей вращаются в магнитном поле их статоров благодаря силе Ампера.

Электротранспорт: трамваи, электрички, электрокары — все они используют силу Ампера чтобы их колеса в конечном итоге вращались. Электрические замки, двери лифтов и т. д. Динамики, громкоговорители, — в них магнитное поле катушки с током взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита, формируя звуковые волны. Наконец, в токамаках благодаря силе Ампера сжимается плазма.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: