יישום פעולת הכוח של אמפר בטכנולוגיה

בשנת 1820, הפיזיקאי הדני הנס כריסטיאן אורסטד גילה תגלית בסיסית: המחט המגנטית של מצפן מוסטת על ידי חוט הנושא זרם חשמלי ישיר. כך, המדען מצא בניסוי שהשדה המגנטי של הזרם מכוון בדיוק בניצב לזרם, ולא מקביל לו, כפי שניתן להניח.

הפיזיקאי הצרפתי אנדרה-מארי אמפר קיבל כל כך השראה מהדגמת הניסוי של אורסטד, עד שהחליט להמשיך את מחקריו בכיוון זה בכוחות עצמו.

אמפר הצליח לקבוע שלא רק שמחט מגנטית מוסטת על ידי מוליך נושא זרם, אלא שני מוליכים מקבילים הנושאים זרמים ישרים יכולים למשוך או לדחות זה את זה - תלוי באילו כיוונים הם נעים זה ביחס לזה הזרמים באלה. חוטים.

התברר שזרם חשמלי מייצר שדה מגנטי, והשדה המגנטי כבר פועל על זרם אחר.אמפר הגיע למסקנה כי חוט נושא זרם פועל גם על מגנט קבוע (חץ) רק בגלל שזרמים מיקרוסקופיים רבים זורמים גם בתוך המגנט בנתיבים סגורים, ובפועל, למרות שהשדות המגנטיים מקיימים אינטראקציה, המקורות של השדות המגנטיים הללו, הזרמים. , נדחים. לא תהיה אינטראקציה מגנטית ללא זרמים.

כתוצאה מכך, באותה שנה 1820 גילה אמפר את החוק לפיו זרמים חשמליים ישירים מקיימים אינטראקציה. מוליכים עם זרמים המכוונים לכיוון אחד מושכים זה את זה, ומוליכים עם זרמים מכוונים הפוך דוחים זה את זה (ראה - חוק אמפר).

כתוצאה מעבודתו הניסיונית, אמפר מצא שהכוח הפועל על חוט נושא זרם המוצב בשדה מגנטי תלוי באופן ליניארי הן בגודל הזרם I בחוט והן בגודל האינדוקציה B של השדה המגנטי. שבו מונח החוט הזה.

ניתן לנסח את חוק אמפר באופן הבא. הכוח dF שבו השדה המגנטי פועל על אלמנט זרם dI הנמצא בשדה מגנטי של אינדוקציה B הוא פרופורציונלי ישר לזרם ולמכפלה הווקטורית של אורך האלמנט המוליך dL על ידי האינדוקציה המגנטית B.

ניתן לקבוע את כיוון הכוח של אמפר לפי כלל יד שמאל. כוח זה הוא הגדול ביותר כאשר החוט מאונך לקווי האינדוקציה המגנטית. באופן עקרוני, חוזק האמפר לחוט באורך L הנושא זרם I המוצב בשדה מגנטי של אינדוקציה B בזווית אלפא לקווי הכוח של השדה המגנטי שווה ל:

כיום ניתן לטעון שכל הרכיבים החשמליים שבהם פעולה אלקטרומגנטית מכניסה אלמנט לתנועה מכנית משתמשים בכוח האמפר.

עקרון הפעולה של מכונות אלקטרומכניות מבוסס בדיוק על כוח זה, למשל, במנוע חשמלי... בכל רגע של זמן, במהלך פעולת המנוע החשמלי, חלק מפיתול הרוטור שלו נע בשדה המגנטי של הזרם של חלק מפיתול הסטטור. זהו ביטוי לכוחו של אמפר ולחוק האינטראקציה של זרמים של אמפר.

עקרון זה הוא אולי הנפוץ ביותר במנועים חשמליים, שם אנרגיה חשמלית מומרת אפוא לאנרגיה מכנית.

הגנרטור, באופן עקרוני, הוא אותו מנוע חשמלי, המממש רק את הטרנספורמציה ההפוכה: אנרגיה מכנית מומרת לאנרגיה חשמלית (ראה - כיצד פועלים גנרטורים AC ו-DC?).

במנוע, פיתול הרוטור, שדרכו זורם הזרם, חווה את פעולת כוח האמפר מהשדה המגנטי של הסטטור (שעליו פועל בזמן זה גם הזרם בכיוון הרצוי) וכך רוטור המנוע נכנס לתוך תנועה סיבובית, סיבוב של הציר עם העומס.

מכוניות חשמליות, חשמליות, רכבות חשמליות וכלי רכב חשמליים אחרים חווים סיבוב גלגלים הודות לציר המסתובב תחת פעולת הכוח של אמפר במנוע הנע AC או DC. מנועי AC ו-DC משתמשים באמפר.

מנעולים חשמליים (דלתות מעליות, שערים וכו') פועלים באותו אופן, במילה אחת – כל המנגנונים שבהם פעולה אלקטרומגנטית מובילה לתנועה מכנית.

לדוגמה, ברמקול שמפיק קול ברמקולים של רמקול, הממברנה רוטטת מכיוון שהסליל נושא הזרם נדחה על ידי השדה המגנטי של המגנט הקבוע שסביבו הוא מותקן.כך נוצרות רעידות קול - האמפראז' משתנה (מאחר שהזרם בסליל משתנה עם תדירות הצליל שיש לשחזר) דוחף את המפזר ומייצר צליל.

מכשירי מדידה חשמליים של המערכת המגנטו-אלקטרית (למשל מדי זרם אנלוגיים) כוללים מסגרת חוט נשלפת מותקנת. בין הקטבים של מגנט קבוע... המסגרת תלויה על קפיצים ספירליים, שדרכם עובר הזרם החשמלי הנמדד דרך מכשיר המדידה הזה, למעשה, דרך המסגרת.

כאשר הזרם עובר דרך המסגרת, כוח האמפר, פרופורציונלי לגודל הזרם הנתון, פועל עליו בשדה המגנטי של מגנט קבוע, ולכן המסגרת מסתובבת, ומעוותת את הקפיצים. כאשר כוח האמפר מאוזן על ידי כוח הקפיץ, הלוח מפסיק להסתובב ובנקודה זו ניתן לבצע קריאות.

למסגרת מחובר חץ המצביע על קנה המידה המדורג של מכשיר המדידה. זווית הסטייה של החץ מתבררת כפרופורציונלית לזרם הכולל שעבר דרך המסגרת. המסגרת מורכבת בדרך כלל ממספר סיבובים (ראה - מכשיר מד זרם ומד מתח).