Amperen voimatoiminnan soveltaminen teknologiassa

Vuonna 1820 tanskalainen fyysikko Hans Christian Oersted teki perustavanlaatuisen löydön: kompassin magneettinen neula poikkeutetaan johdolla, joka kuljettaa tasavirtaa. Niinpä tiedemies havaitsi kokeessa, että virran magneettikenttä on suunnattu täsmälleen kohtisuoraan virran kanssa, eikä sen suuntaisesti, kuten voisi olettaa.

Ranskalainen fyysikko Andre-Marie Ampere innostui niin paljon Oerstedin kokeesta, että hän päätti jatkaa tutkimustaan ​​tähän suuntaan omatoimisesti.

Ampere pystyi toteamaan, että virtaa kuljettava johdin ei ainoastaan ​​poikkeuta magneettista neulaa, vaan kaksi tasavirtaa kuljettavaa rinnakkaista johdinta voivat joko vetää puoleensa tai hylkiä toisiaan – riippuen siitä, mihin suuntiin ne liikkuvat suhteessa toisiinsa. johdot.

Kävi ilmi, että sähkövirta tuottaa magneettikentän, ja magneettikenttä vaikuttaa jo toiseen virtaan.Ampere päätteli, että virtaa kuljettava lanka vaikuttaa myös kestomagneettiin (nuoli) vain siksi, että monet mikroskooppiset virrat kulkevat myös magneetin sisällä suljetuin reitein, ja käytännössä vaikka magneettikentät ovat vuorovaikutuksessa, näiden magneettikenttien lähteet, virrat , torjutaan. Magneettista vuorovaikutusta ei olisi ilman virtoja.

Seurauksena oli, että samana vuonna 1820 Ampere löysi lain, jonka mukaan suorat sähkövirrat ovat vuorovaikutuksessa. Johtimet, joiden virrat on suunnattu yhteen suuntaan, vetävät toisiaan puoleensa, ja vastakkaiseen suuntaan suunnatut johtimet hylkivät toisiaan (katso - Amperen laki).

Ampere havaitsi kokeellisen työnsä tuloksena, että magneettikenttään sijoitettuun virtaa kuljettavaan johtoon vaikuttava voima riippuu lineaarisesti sekä johdossa olevan virran I suuruudesta että magneettikentän induktion B suuruudesta. johon tämä lanka on sijoitettu.

Amperen laki voidaan muotoilla seuraavasti. Voima dF, jolla magneettikenttä vaikuttaa induktion B magneettikentässä olevaan virtaelementtiin dI, on suoraan verrannollinen virtaan ja johtavan elementin pituuden dL vektorituloon magneettisen induktion B avulla.

Amperen voiman suunta voidaan määrittää vasemman käden säännöllä. Tämä voima on suurin, kun lanka on kohtisuorassa magneettisen induktion linjoihin nähden. Periaatteessa L-pituisen langan, joka kuljettaa virtaa I, joka on sijoitettu induktion B magneettikenttään kulmassa alfa magneettikentän voimalinjoihin nähden, on yhtä suuri:

Nykyään voidaan väittää, että kaikki sähkökomponentit, joissa sähkömagneettinen toiminta saa elementin mekaaniseen liikkeeseen, käyttävät ampeerin voimaa.

Sähkömekaanisten koneiden toimintaperiaate perustuu juuri tähän voimaan, esim. sähkömoottorissa… Sähkömoottorin toiminnan aikana osa sen roottorikäämistä liikkuu milloin tahansa staattorikäämin osan virran magneettikentässä. Tämä on osoitus Amperen voimasta ja Amperen laista virtojen vuorovaikutuksesta.

Tämä periaate on ehkä yleisin sähkömoottoreissa, joissa sähköenergia muuttuu siten mekaaniseksi energiaksi.

Generaattori on periaatteessa sama sähkömoottori, joka toteuttaa vain käänteisen muunnoksen: mekaaninen energia muunnetaan sähköenergiaksi (katso - Kuinka AC- ja DC-generaattorit toimivat?).

Moottorissa roottorin käämi, jonka läpi virta kulkee, kokee staattorin magneettikentästä ampeerivoiman vaikutuksen (johon tällä hetkellä vaikuttaa myös haluttu suuntainen virta) ja siten moottorin roottori menee pyörivä liike, akselin pyöriminen kuorman kanssa.

Sähköautot, raitiovaunut, sähköjunat ja muut sähköajoneuvot kokevat pyörän pyörimisen AC- tai DC-käyttömoottorissa Amperen voiman vaikutuksesta pyörivän akselin ansiosta. AC- ja DC-moottorit käyttävät ampeeria.

Sähkölukot (hissin ovet, portit jne.) toimivat samalla tavalla, sanalla sanoen - kaikki mekanismit, joissa sähkömagneettinen toiminta johtaa mekaaniseen liikkeeseen.

Esimerkiksi kaiuttimessa, joka tuottaa ääntä kaiuttimen kaiuttimista, kalvo tärisee, koska virtaa kuljettavaa kelaa hylkii kestomagneetin magneettikenttä, jonka ympärille se on asennettu.Näin muodostuu äänivärähtelyjä — Ampeeri on muuttuva (koska käämin virta muuttuu toistettavan äänen taajuuden mukaan) työntää diffuusoria ja tuottaa ääntä.

Magnetosähköisen järjestelmän sähköiset mittauslaitteet (esim. analogiset ampeerimittarit) sisältävät asennettuna irrotettavan vaijerikehyksen kestomagneetin napojen väliin… Runko on ripustettu kierrejousiin, joiden kautta mitattu sähkövirta kulkee tämän mittauslaitteen läpi, itse asiassa rungon läpi.

Kun virta kulkee kehyksen läpi, ampeerivoima, joka on verrannollinen annetun virran suuruuteen, vaikuttaa siihen kestomagneetin magneettikentässä, joten kehys pyörii ja muuttaa jousia. Kun ampeerivoima tasapainotetaan jousivoimalla, kehys lakkaa pyörimästä ja siinä vaiheessa voidaan ottaa lukemat.

Runkoon on liitetty nuoli, joka osoittaa mittalaitteen asteikkoa. Nuolen taipumakulma osoittautuu verrannolliseksi kehyksen läpi kulkevaan kokonaisvirtaan. Runko koostuu yleensä useista kierroksista (katso - Ampeerimittari ja volttimittari).