Aplikácia sily Ampere v technológii

V roku 1820 urobil dánsky fyzik Hans Christian Oersted zásadný objav: magnetická strelka kompasu je vychýlená drôtom, ktorým prechádza jednosmerný elektrický prúd. Vedec teda v experimente zistil, že magnetické pole prúdu smeruje presne kolmo na prúd, a nie rovnobežne s ním, ako by sa dalo predpokladať.

Francúzskeho fyzika Andre-Marie Amperea demonštrácia Oerstedovho experimentu inšpirovala natoľko, že sa rozhodol pokračovať vo výskume týmto smerom na vlastnú päsť.

Ampérovi sa podarilo zistiť, že nielen magnetická strelka je vychýlená vodičom s prúdom, ale dva paralelné vodiče prenášajúce jednosmerné prúdy sa môžu navzájom priťahovať alebo odpudzovať – v závislosti od toho, v ktorých smeroch sa pohybujú voči sebe. drôty.

Ukázalo sa, že elektrický prúd vytvára magnetické pole a magnetické pole už pôsobí na iný prúd.Ampere dospel k záveru, že vodič s prúdom pôsobí aj na permanentný magnet (šípka) len preto, že mnoho mikroskopických prúdov prúdi aj vnútri magnetu v uzavretých dráhach a v praxi, hoci magnetické polia interagujú, zdroje týchto magnetických polí, prúdy , sú odpudzovaní. Bez prúdov by neexistovala žiadna magnetická interakcia.

Výsledkom bolo, že v tom istom roku 1820 Ampere objavil zákon, podľa ktorého jednosmerné elektrické prúdy interagujú. Vodiče s prúdmi smerujúcimi v jednom smere sa navzájom priťahujú a vodiče s opačne smerovanými prúdmi sa odpudzujú (pozri - Amperov zákon).

Ako výsledok svojej experimentálnej práce Ampere zistil, že sila pôsobiaca na vodič s prúdom umiestnený v magnetickom poli lineárne závisí od veľkosti prúdu I v vodiči a od veľkosti indukcie B magnetického poľa. v ktorom je tento drôt umiestnený .

Amperov zákon možno formulovať nasledovne. Sila dF, ktorou magnetické pole pôsobí na prúdový prvok dI nachádzajúci sa v magnetickom poli indukcie B, je priamo úmerná prúdu a vektorovému súčinu dĺžky vodivého prvku dL magnetickou indukciou B.

Smer Ampérovej sily možno určiť pravidlom ľavej ruky. Táto sila je najväčšia, keď je drôt kolmý na čiary magnetickej indukcie. V zásade platí, že sila v ampéroch pre drôt dĺžky L, ktorým prechádza prúd I, umiestnený v magnetickom poli indukcie B v uhle alfa k siločiaram magnetického poľa, sa rovná:

Dnes možno tvrdiť, že všetky elektrické komponenty, v ktorých elektromagnetické pôsobenie uvedie prvok do mechanického pohybu, využívajú silu ampéra.

Princíp činnosti elektromechanických strojov je založený práve na tejto sile, napr. v elektromotore… V ktoromkoľvek okamihu počas prevádzky elektromotora sa časť jeho rotorového vinutia pohybuje v magnetickom poli prúdu časti statorového vinutia. Toto je prejav Ampérovej sily a Ampérovho zákona o interakcii prúdov.

Tento princíp je azda najbežnejší u elektromotorov, kde elektrická energia sa tak premieňa na mechanickú energiu.

Generátor je v princípe ten istý elektromotor, ktorý realizuje iba opačnú transformáciu: mechanická energia sa premieňa na elektrickú energiu (pozri — Ako fungujú AC a DC generátory?).

V motore na vinutie rotora, ktorým preteká prúd, pôsobí ampérová sila od magnetického poľa statora (na ktoré v tomto čase pôsobí aj prúd požadovaného smeru) a tak rotor motora vstupuje do rotačný pohyb, rotácia hriadeľa so záťažou.

Elektrické autá, električky, elektrické vlaky a iné elektrické vozidlá zažívajú rotáciu kolies vďaka hriadeľu, ktorý sa otáča pôsobením sily Ampér v motore na striedavý alebo jednosmerný prúd. AC a DC motory používajú ampéry.

Elektrické zámky (výťahové dvere, brány atď.) fungujú rovnakým spôsobom, jedným slovom - všetky mechanizmy, kde elektromagnetické pôsobenie vedie k mechanickému pohybu.

Napríklad v reproduktore, ktorý vytvára zvuk v reproduktoroch reproduktora, membrána vibruje, pretože cievka s prúdom je odpudzovaná magnetickým poľom permanentného magnetu, okolo ktorého je inštalovaná.Vznikajú tak zvukové vibrácie – prúd je premenlivý (pretože prúd v cievke sa mení s frekvenciou zvuku, ktorý sa má reprodukovať) tlačí na difúzor a vytvára zvuk.

Elektrické meracie prístroje magnetoelektrického systému (napr. analógové ampérmetre) obsahujú inštalovaný odnímateľný drôtený rám medzi pólmi permanentného magnetu… Rám je zavesený na špirálových pružinách, cez ktoré týmto meracím zariadením prechádza meraný elektrický prúd, vlastne rámom.

Pri prechode prúdu rámom naň v magnetickom poli permanentného magnetu pôsobí sila Ampéra úmerná veľkosti daného prúdu, preto sa rám otáča a deformuje pružiny. Keď je sila v ampéroch vyvážená silou pružiny, luneta sa prestane otáčať a v tomto bode je možné odčítať údaje.

K rámu je pripojená šípka, ktorá ukazuje na stupnicu meracieho zariadenia. Uhol vychýlenia šípky je úmerný celkovému prúdu prechádzajúcemu rámom. Rám sa zvyčajne skladá z niekoľkých závitov (pozri — Prístroj ampérmetra a voltmetra).