Що таке сила Ампера?

Знання про те, що таке сила Ампера, як вона ставиться і чим може бути корисна для людей, для тих, хто працює зі струмом. Як для власної безпеки, так і для роботи з різною радіоелектронікою (при конструюванні рельсетронов, що досить популярно). Але вистачить ходити навколо, приступимо до з'ясування того, що таке сила Ампера, особливості цієї сили і де вона використовується. Також можна буде прочитати потенціал використання в майбутньому і користь від використання зараз.

Закон Ампера

Сила Ампера є головною складовою закону Ампера - закону про взаємодію електричних струмів. У ньому говориться, що в паралельних провідниках, у яких електричні струми течуть в одному напрямку, виникає сила притягання. А в тих провідниках, у яких електричні струми течуть в протилежних напрямках, виникає сила відштовхування. Також законом Ампера називають закон, який визначає силу дії магнітного поля не невелику частину провідника, по якому протікає струм. В даному випадку вона визначається як результат множення щільності струму, який йде по провіднику, на індукцію магнітного поля, в якому провідник знаходиться. З самого закону Ампера зроблені висновки, що сила Ампера дорівнює нулю, якщо величина кута, розташованого між струмом і лінією магнітної індукції, теж буде дорівнювати нулю. Іншими словами, провідник для досягнення нульового значення повинен бути розташований уздовж лінії магнітної індукції.

А що ж таке сила Ампера?

Це сила, з якою магнітне поле впливає на частину провідника, по якому тече струм. Сам провідник знаходиться в магнітному полі. Сила Ампера прямо залежить від сили струму в провіднику і векторного добутку довжини частини провідника, множимого на магнітну індукцію. У формульному вигляді все буде виглядати так: са=ст*дчп*мі . Тут:

са – сила Ампера,

ст – сила струму,

дчп – довжина частини провідника,

мі – магнітна індукція.

Історія відкриття

Вперше його сформулював Андре Ампер, який застосував закон постійного струму. Відкритий він був у 1820 році. Цей закон в майбутньому мав далекосяжні наслідки, адже без нього уявити роботу цілого ряду електричних приладів просто неможливо.

Правило лівої руки

Це правило допомагає запам'ятати напрямок сили Ампера. Саме правило звучить так: якщо рука займає таке положення, що самої лінії магнітної індукції зовнішнього поля заходять в долоню, а пальці з мізинця за вказівний вказують напрям у бік руху струму в провіднику, то який відсічено за кутом в 90 градусів великий палець долоні і буде вказувати, куди спрямована сила Ампера, що діє на елемент провідника. Можуть виникнути деякі труднощі при використанні цього правила, але тільки якщо кут між струмом і індукцією поля занадто маленький. Для простоти застосування цього правила долоню часто розташовують так, щоб до неї входило не вектор, а модуль магнітної індукції (як зображено на картинці).

Сила Ампера (при використанні двох паралельних провідників)

Уявіть два нескінченних провідника, які розташовані на певній відстані. По них протікають струми. Якщо струми течуть в одному напрямку, то провідники притягуються. У протилежному випадку вони будуть відштовхуватись один від одного. Поля, які створюють паралельні провідники, спрямовані зустрічно один одному. І щоб зрозуміти, чому вони реагують саме так, вам достатньо згадати про те, що однойменні полюси магнітів або однойменні заряди завжди відштовхуються. Для визначення сторони напрямку поля, створеного провідником, слід використовувати правило правого гвинта.

Застосування знань про силу Ампера

Зустрітися з областю застосування знання про силу Ампера можна практично на кожному кроці цивілізації. Застосування сили Ампера настільки обширно, що середньостатистичному громадянину навіть складно уявити собі, що можна робити, знаючи закон Ампера і особливості застосування сили. Так, під дією сили Ампера обертається ротор, на обмотку якого впливає магнітне поле статора, ротор приходить в рух. Будь-який транспортний засіб, що використовує електротягу для обертання валів (які з'єднують колеса транспорту), використовує силу Ампера (це можна побачити на трамваях, електровозах, електричних машинах і багатьох інших цікавих видах транспорту). Також саме магнітне поле впливає на механізми, які являються електричними приладами, що мають відкривати/закривати що-то (двері ліфта відкриваються ворота, електричні двері та багато інших). Іншими словами, всі пристрої, що не можуть працювати без електрики і мають рухомі вузли, що працюють завдяки знанню про закон Ампера. Для прикладу:

Будь-які вузли в електротехніці. Найпопулярніший – елементарний електродвигун.

Різні види електротехніки, яка формує різні звукові коливання з використанням постійного магніту. Механізм дії такий, що на магніт діє електромагнітне поле, що створює розташований поруч провідник з струмом, і зміна напруги призводить до зміни звукової частоти.

На силу Ампера побудована робота електромеханічних машин, в яких рух обмотки ротора відбувається відносно обмотки статора.

З допомогою сили Ампера відбувається електродинамічний процес стиснення плазми, що знайшло застосування в токамаках та потенційно відкриває величезні шляху розвитку термоядерної енергії.

Також з допомогою електродинамічного стиснення застосовується електродинамічний метод пресування.

Потенціал

Незважаючи на вже існуюче зараз практичне застосування, потенціал використання сили Ампера настільки величезний, що насилу піддається опису. Вона може використовуватися в складних механізмах, які покликані полегшити існування людини, автоматизувати його діяльність, а також удосконалити природні життєві процеси.

Експеримент

Для того щоб мати можливість своїми очима побачити дію сили Ампера, можна провести вдома невеликий експеримент. Для початку необхідно взяти магніт-підкову, в якому між полюсами помістити провідник. Всі бажано відтворити так, як на картинці. Якщо замкнути ключ, то можна побачити, що провідник почне рухатися, зміщуючись від початкової точки рівноваги. Можна поекспериментувати з напрямками пропускання струму і побачити, що залежно від напрямку руху змінюється напрямок відхилення провідника. З самого експерименту можна винести кілька спостережень, які підтверджують вищесказане:

Магнітне поле діє виключно на провідник зі струмом.

На провідник із струмом в магнітному полі діє сила, яка є наслідком їх взаємодії. Саме під впливом цієї сили провідник рухається в просторі в межах магнітного поля.

Характер взаємодії прямо залежить від напруги електричного струму і силових ліній магнітного поля.

Поле не діє на провідник з струмом, коли струм у провіднику тече паралельно напряму ліній поля.

Безпека при роботі з струмом

При роботі з електричним струмом необхідно дотримуватися кількох простих правил техніки безпеки, які дозволять вам уникнути негативних наслідків:

Працювати з джерелами живлення не більше 12 Вольт.

Не працювати на займистих матеріалах.

Не працювати з вологими руками.

Не братися за частини приладу, які знаходяться під напругою.