Llei d'Ampere
En aquest article, parlarem de la llei d'Ampere, una de les lleis bàsiques de l'electrodinàmica. La força de l'Ampere està treballant avui en moltes màquines i instal·lacions elèctriques, i gràcies a la força de l'Ampere al segle XX, es van fer possibles avenços relacionats amb l'electrificació en moltes àrees de producció. La llei d'Ampere és ferma fins als nostres dies i continua servint fidelment a l'enginyeria moderna. Així que recordem a qui devem aquest progrés i com va començar tot.
El 1820, el gran físic francès André Marie Ampere va anunciar el seu descobriment. Va parlar a l'Acadèmia de Ciències sobre el fenomen de la interacció de dos conductors conductors de corrent: els conductors amb corrents oposades es repel·leixen, i amb corrents directes s'atrauen. Ampere també va suggerir que el magnetisme era completament elèctric.
Durant un temps, el científic va dur a terme els seus experiments i finalment va confirmar la seva suposició. Finalment, el 1826, va publicar La teoria dels fenòmens electrodinàmics derivats exclusivament de l'experiència.A partir d'aquest moment, la idea d'un fluid magnètic es va descartar com a innecessària, ja que el magnetisme, segons va resultar, era causat per corrents elèctrics.
Ampere va concloure que els imants permanents també tenen corrents elèctrics a l'interior, corrents moleculars i atòmics circulars perpendiculars a l'eix que passa pels pols d'un imant permanent. La bobina es comporta com un imant permanent a través del qual circula el corrent en espiral. Ampere va rebre tot el dret d'afirmar amb confiança: "tots els fenòmens magnètics es redueixen a accions elèctriques".
En el transcurs del seu treball de recerca, Ampere també va descobrir la relació entre la força d'interacció dels elements actuals amb les magnituds d'aquests corrents, també va trobar una expressió per a aquesta força. Ampère va assenyalar que les forces d'interacció dels corrents no són centrals, com les forces gravitatòries. La fórmula que va derivar Ampere s'inclou a tots els llibres de text sobre electrodinàmica actuals.
Ampere va trobar que els corrents de la direcció oposada es repel·leixen i els corrents de la mateixa direcció s'atrauen, si els corrents són perpendiculars, no hi ha interacció magnètica entre ells. Aquest és el resultat de la investigació del científic sobre les interaccions dels corrents elèctrics com a causes reals de les interaccions magnètiques. Ampere va descobrir la llei de la interacció mecànica dels corrents elèctrics i així va resoldre el problema de les interaccions magnètiques.
Per tal d'aclarir les lleis per les quals les forces d'interacció mecànica dels corrents es relacionen amb altres magnituds, és possible realitzar un experiment semblant a l'experiment d'Ampere actual.Per fer-ho, un cable relativament llarg amb corrent I1 es fixa estacionari i un cable curt amb corrent I2 es fa mòbil, per exemple, la part inferior del marc mòbil amb corrent serà el segon cable. El bastidor està connectat a un dinamòmetre per mesurar la força F que actua sobre el bastidor quan els conductors actius són paral·lels.
Inicialment, el sistema està equilibrat i la distància R entre els cables de la configuració experimental és significativament menor en comparació amb la longitud l d'aquests cables. L'objectiu de l'experiment és mesurar la força de repulsió dels cables.
El corrent, tant en cables estacionaris com en moviment, es pot regular mitjançant reòstats. Canviant la distància R entre els cables, canviant el corrent en cadascun d'ells, es poden trobar fàcilment dependències, veure com la força de la interacció mecànica dels cables depèn del corrent i de la distància.
Si el corrent I2 al marc mòbil no canvia i el corrent I1 al cable estacionari augmenta un cert nombre de vegades, aleshores la força F de la interacció dels cables augmentarà en la mateixa quantitat. De la mateixa manera, la situació es desenvolupa si el corrent I1 al cable fix no canvia i el corrent I2 al marc canvia, aleshores la força d'interacció F canvia de la mateixa manera que quan el corrent I1 canvia al cable estacionari amb un corrent constant I2 a el marc. Així arribem a la conclusió òbvia: la força d'interacció dels cables F és directament proporcional al corrent I1 i al corrent I2.
Si ara canviem la distància R entre els cables que interactuen, resulta que a mesura que aquesta distància augmenta, la força F disminueix i disminueix en el mateix factor que la distància R.Així, la força de la interacció mecànica F dels cables amb els corrents I1 i I2 és inversament proporcional a la distància R entre ells.
En variar la mida l del cable mòbil, és fàcil assegurar-se que la força també és directament proporcional a la longitud del costat que interactua.
Com a resultat, podeu introduir el factor de proporcionalitat i escriure:
Aquesta fórmula permet trobar la força F amb què el camp magnètic generat per un conductor infinitament llarg amb un corrent I1 actua sobre una secció paral·lela d'un conductor amb un corrent I2, mentre que la longitud de la secció és l i R és la distància. entre els conductors que interactuen. Aquesta fórmula és extremadament important en l'estudi del magnetisme.
La relació d'aspecte es pot expressar en termes de la constant magnètica com:
Aleshores la fórmula tindrà la forma:
La força F s'anomena ara força d'Ampere, i la llei que determina la magnitud d'aquesta força és la llei d'Ampere. La llei d'Ampere també s'anomena llei que determina la força amb la qual actua un camp magnètic sobre una petita secció d'un conductor que porta corrent:
«La força dF amb què el camp magnètic actua sobre l'element dl del conductor amb un corrent en el camp magnètic és directament proporcional a la força del corrent dI en el conductor i el producte vectorial de l'element per la longitud dl de la conductor i inducció magnètica B «:
La direcció de la força d'Ampere ve determinada per la regla per calcular el producte vectorial, que és convenient recordar-ho amb la regla de l'esquerra, que fa referència a lleis bàsiques de l'enginyeria elèctrica, i el mòdul de força d'amperes es pot calcular mitjançant la fórmula:
Aquí, alfa és l'angle entre el vector d'inducció magnètica i la direcció actual.
Òbviament, la força d'amperes és màxima quan l'element del conductor que porta corrent és perpendicular a les línies d'inducció magnètica B.
Gràcies a la potència d'Ampere, avui funcionen moltes màquines elèctriques, on els cables que transporten corrent interactuen entre ells i amb un camp electromagnètic. La majoria de generadors i motors d'una manera o una altra utilitzen la potència d'Ampere en el seu treball. Els rotors dels motors elèctrics giren en el camp magnètic dels seus estators a causa de la força d'Ampere.
Vehicles elèctrics: tramvies, trens elèctrics, cotxes elèctrics: tots utilitzen la potència d'Ampere per fer girar les seves rodes. Panys elèctrics, portes d'ascensors, etc. Altaveus, altaveus: en ells el camp magnètic de la bobina actual interacciona amb el camp magnètic d'un imant permanent, formant ones sonores. Finalment, el plasma es comprimeix en tokamaks a causa de la força d'Ampere.