Где применяется сила ампера

Где применяется сила ампера

• Статья
• Видео

Определение

Закон Ампера гласит, что сила, которая возникает вокруг проводника, прямо пропорциональна его длине, силе тока и магнитной индукции, а также косинуса угла между проводником и вектором магнитной индукции. Соответственно его формула:

F=BILcosa

Эта F является силой Ампера. Ничего не напоминает? И формула, и сам её физический смысл аналогичен силе Лоренца. Отличием является лишь то, что закон Ампера справедлив для проводника в магнитном поле, а Лоренца действует на заряженные частицы.

Если его представить в векторной форме, то уравнение будет иметь вид:

А в дифференциальной форме:

Есть и другая формулировка: закон Ампера характеризует силу, действующую на проводник в магнитном поле. Он был открыт Андре Мари Ампером в 1820 году.

В чем измеряется сила Ампера? Как и другие силы в физике – в Ньютонах (Н).

Интересно! В отечественной физике в большинстве случаев придерживаются системы единиц измерения СИ. Так вот в этой системе под величиной 1 Ампер понимают такой ток, при протекании которого по двум проводникам расположенным параллельно и в 1 метре друг от друга, возникала бы сила взаимодействия в 2*10^(-7) Н. При этом они имеют бесконечную длину, минимальную площадь поперечного сечения и расположены в вакууме.

Так как этот закон подразумевает возникновение какой-то силы, то нет сомнений что при наличии нескольких таких сил они будут взаимодействовать между собой. Давайте разберёмся как именно.

При взаимодействии параллельных токов, протекающих в одном направлении, два расположенных рядом проводника начнут притягиваться. Если токи будут протекать в разных направлениях — проводники будут отталкиваться. Это и есть самое важное действие в этом законе.

Направление силы Ампера

Чтобы определить направление этих сил используют правило левой руки. Для этого нужно раскрытую ладонь левой руки расположить около проводника так, чтобы в неё входили линии вектора индукции магнитного поля, а четыре раскрытых пальца указывали направление протекания тока. Тогда отогнутый под прямым углом большой палец укажет направление силы Ампера и Лоренца.

Напомним, что направление вектора магнитной индукции определяется с помощью правила правой руки. Для этого нужно обогнуть четыре пальца правой руки вокруг проводника, большой палец отогнуть под прямым углом (словно показываете «класс»), так чтобы он указывал направление тока. Тогда четыре согнутых пальца будут показывать, как проходят линии магнитного поля, они будут описывать окружности вокруг токопроводящей жилы.

Применение на практике

Закон Ампера является одним из важнейших законов электротехнике. Давайте рассмотрим примеры из его практического применения. Основой почти любого предприятия является электропривод. Двигателя и электромагнитные исполнительные механизмы используются для перемещения или приведения в действие различных узлов:

• автоматизированных задвижек трубопроводов;
• грузоподъемных механизмов;
• электротранспорта (электровозы на жд);
• трамваи;
• троллейбусы;
• электрокары и прочее.

Сила Ампера заставляет двигатель вращаться, из-за взаимодействия между обмотками ротора и статора. Для того чтобы обмотки вращались, их либо переключают с помощью щеточного узла и коллектора в двигателях постоянного тока, либо используют переменный ток.

В динамиках и громкоговорителях тоже закон Ампера нашел свое применение. Там происходит движение мембраны, на которой расположена обмотка из медной проволоки в магнитном поле постоянного магнита.

Её действие наблюдается при коротких замыканиях на ЛЭП. Где под воздействием сверхбольших токов шины и провода начинают изгибаться.

В момент выстрела из рельсотрона у него раздвигаются рельсы. Это обусловлено уже перечисленными причинами.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:

Все явления в электричестве важны, некоторые вносят меньшее влияние, некоторые большее. Однако понимать, где и как они проявляются должен каждый, кто связан с этой сферой, независимо электромонтер, АСУшник или КИПовец. Надеемся, теперь вы знаете, что описывает закон Ампера, а также какое его практическое значение!

Материалы по теме:

Опубликовано 21.07.2018 Обновлено 21.07.2018 Пользователем Александр (администратор)

Где и как применяется сила Ампера?

Сила Ампера — сила взаимодействия двух токов, текущих в малых отрезках проводников, находящихся на некотором расстоянии друг от друга.

В частном случае параллельных проводников силы взаимодействия стремятся сблизить проводники, если текущие в них токи параллельны, и удалить их друг от друга, если токи антипараллельны. Таким образом, параллельные токи притягиваются, а антипараллельные — отталкиваются.

Этот физический эффект используется в определении единицы измерения силы электрического тока — Ампера.

Также силой Ампера называют силу, с которой магнитное поле, характеризуемое вектором магнитной индукции B, действует на элементарный отрезок проводника dl, по которому течёт ток силы I:

F = B I dl \sin\alpha\! (в системе СИ), где ? -угол между направлениями dl и B.

Иначе амперова сила выражается как векторное произведение: F=I[dl,B], где жирные буквы обозначают вектора, а квадратные скобки — вих векторное произведение.

Сила Ампера равна произведения вектора магнитной индукции на силу тока, длину участка проводника и на синус угла между магнитной индукцией и участком проводника.

Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называю силой Лоренца. Эту силу можно найти с помощью закона Ампера.

Модуль силы Лоренца равен отношению модуля силы F, действующей на участок проводника длиной к l, к числу N заряженных частиц, упорядочение движущихся на этом участке проводника:

Направление с помощью правила левой руки: Если левую руку расположить так, чтобы составляющая магнитной индукции В, перпендикулярная скорости заряда, входила в ладонь, а четыре пальца были направлены по движению положительного заряда (против движения отрицательного), то отогнутый на 90° большой палец покажет направление действующей на заряд силы Лоренца.

Так как сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы, то. она не совершает работу.

Силу Ампера применяют в громкоговарителях, динамиках.

Принцип работы: По катушке протекает переменный электрический ток с частотой, равной звуковой частоте от микрофона или с выхода радиоприемника. Под действием силы Ампера катушка колеблется вдоль оси громкоговорителя в такт с колебаниями тока. Эти колебания передаются диафрагме, и поверхность диафрагмы излучает звуковые волны.

Силу Лоренца применяют в телевизорах, масс-спектограф.

Принцип работы: Вакуумная камера прибора помещена в магнитное поле. Ускоренные электрическим полем заряженные частицы (электроны или ионы), описав дугу, попадают на фотопластинку, где оставляют след, позволяющий с большой точностью измерить радиус траектории . По этому радиусу определяется удельный заряд иона. Зная же заряд иона, легко определить его массу.

Применение сил Ампера и Лоренца в науке и технике. Амперметр, телеграф, электромагниты, масс-анализаторы

Для науки пред­став­ля­ют огром­ную цен­ность по­лу­чен­ные зна­ния, ко­то­рые в по­след­ствие могут найти своё прак­ти­че­ское при­ме­не­ние. Новые от­кры­тия не толь­ко рас­ши­ря­ют ис­сле­до­ва­тель­ские го­ри­зон­ты, но и ста­вят новые во­про­сы, про­бле­мы.

2. Взаимодействие проводников с током

Вы­де­лим ос­нов­ные от­кры­тия Ам­пе­ра в об­ла­сти элек­тро­маг­не­тиз­ма:

1. Вза­и­мо­дей­ствия про­вод­ни­ков с током

Два па­рал­лель­ных про­вод­ни­ка с то­ка­ми при­тя­ги­ва­ют­ся друг к другу, если токи в них со­на­прав­ле­ны и от­тал­ки­ва­ют­ся, если токи в них про­ти­во­на­прав­ле­ны.

Закон Ам­пе­ра гла­сит:

Сила вза­и­мо­дей­ствия двух па­рал­лель­ных про­вод­ни­ков про­пор­ци­о­наль­на про­из­ве­де­нию ве­ли­чин токов в про­вод­ни­ках, про­пор­ци­о­наль­на длине этих про­вод­ни­ков и об­рат­но про­пор­ци­о­наль­на рас­сто­я­нию между ними.

(1.1.)

F – сила вза­и­мо­дей­ствия двух па­рал­лель­ных про­вод­ни­ков,

I₁, I₂ – ве­ли­чи­ны токов в про­вод­ни­ках,

∆ℓ − длина про­вод­ни­ков,

r – рас­сто­я­ние между про­вод­ни­ка­ми.

От­кры­тие этого за­ко­на поз­во­ли­ло вве­сти в еди­ни­цы из­ме­ре­ния ве­ли­чи­ну силы тока, ко­то­рой до того вре­ме­ни не су­ще­ство­ва­ло. Так, если ис­хо­дить из опре­де­ле­ния силы тока как от­но­ше­ния ко­ли­че­ства за­ря­да пе­ре­не­сён­но­го через по­пе­реч­ное се­че­ние про­вод­ни­ка в еди­ни­цу вре­ме­ни, то мы по­лу­чим прин­ци­пи­аль­но не из­ме­ря­е­мую ве­ли­чи­ну, а, имен­но, ко­ли­че­ство за­ря­да, пе­ре­но­си­мое через по­пе­реч­ное се­че­ние про­вод­ни­ка. На ос­но­ва­нии этого опре­де­ле­ния не смо­жем вве­сти еди­ни­цу из­ме­ре­ния силы тока. Закон Ам­пе­ра поз­во­ля­ет уста­но­вить связь между ве­ли­чи­на­ми сил тока в про­вод­ни­ках и ве­ли­чи­на­ми, ко­то­рые можно из­ме­рить опыт­ным путём: ме­ха­ни­че­ской силой и рас­сто­я­ни­ем. Таким об­ра­зом, по­лу­че­на воз­мож­ность вве­сти в рас­смот­ре­ние еди­ни­цу силы тока – 1 А (1 ампер).

Ток в один ампер – это такой ток, при ко­то­ром два од­но­род­ных па­рал­лель­ных про­вод­ни­ка, рас­по­ло­жен­ные в ва­ку­у­ме на рас­сто­я­нии один метр друг от друга вза­и­мо­дей­ству­ют с силой 2∙10 -7 Нью­то­на.

Закон вза­и­мо­дей­ствия токов – два на­хо­дя­щих­ся в ва­ку­у­ме па­рал­лель­ных про­вод­ни­ка, диа­мет­ры ко­то­рых много мень­ше рас­сто­я­ний между ними, вза­и­мо­дей­ству­ют с силой прямо про­пор­ци­о­наль­ной про­из­ве­де­нию токов в этих про­вод­ни­ках и об­рат­но про­пор­ци­о­наль­ной рас­сто­я­нию между ними.

3. Закон действия магнитного поля на проводник с током

2. Закон дей­ствия маг­нит­но­го поля на про­вод­ник с током

Закон дей­ствия маг­нит­но­го поля на про­вод­ник с током вы­ра­жа­ет­ся, пре­жде всего, в дей­ствии маг­нит­но­го поля на виток или рамку с током. Так, на виток с током в маг­нит­ном поле дей­ству­ет мо­мент силы, ко­то­рая стре­мит­ся раз­вер­нуть этот виток таким об­ра­зом, чтобы его плос­кость стала пер­пен­ди­ку­ляр­на ли­ни­ям маг­нит­но­го поля. Угол по­во­ро­та витка пря­мо­про­пор­ци­о­на­лен ве­ли­чине тока в витке. Если внеш­нее маг­нит­ное поле в витке по­сто­ян­но, то зна­че­ние мо­ду­ля маг­нит­ной ин­дук­ции также ве­ли­чи­на по­сто­ян­ная. Пло­щадь витка при не очень боль­ших токах также можно счи­тать по­сто­ян­ной, сле­до­ва­тель­но, спра­вед­ли­во то, что сила тока равна про­из­ве­де­нию мо­мен­та сил, раз­во­ра­чи­ва­ю­щих виток с током на неко­то­рую по­сто­ян­ную, при неиз­мен­ных усло­ви­ях, ве­ли­чи­ну.

(1.2.)

М – мо­мент сил, раз­во­ра­чи­ва­ю­щих виток с током.

Сле­до­ва­тель­но, по­яв­ля­ет­ся воз­мож­ность из­ме­рять силу тока по ве­ли­чине угла по­во­ро­та рамки, ко­то­рая ре­а­ли­зо­ва­на в из­ме­ри­тель­ном при­бо­ре – ам­пер­мет­ре (рис.1).

Рис. 1. Ам­пер­метр

4. Двигатель

После от­кры­тия дей­ствия маг­нит­но­го поля на про­вод­ник с током, Ампер понял, что это от­кры­тие можно ис­поль­зо­вать для того, чтобы за­ста­вить про­вод­ник дви­гать­ся в маг­нит­ном поле. Так маг­не­тизм можно пре­вра­тить в ме­ха­ни­че­ское дви­же­ние – со­здать дви­га­тель. Одним из пер­вых, ра­бо­та­ю­щих на по­сто­ян­ном токе, был элек­тро­дви­га­тель (рис. 2), со­здан­ный в 1834 г. рус­ским элек­тро­тех­ни­ком Б. С. Якоби.

Рис. 2. Дви­га­тель

Рас­смот­рим упро­щён­ную мо­дель дви­га­те­ля, ко­то­рая со­сто­ит из непо­движ­ной части, с за­креп­лён­ны­ми на ней маг­ни­та­ми – ста­тор. Внут­ри ста­то­ра может сво­бод­но вра­щать­ся рамка из про­во­дя­ще­го ма­те­ри­а­ла, ко­то­рая на­зы­ва­ет­ся ро­то­ром. Для того чтобы по рамке мог про­те­кать элек­три­че­ский ток, она со­еди­не­на с клем­ма­ми при по­мо­щи сколь­зя­щих кон­так­тов. Если под­клю­чить дви­га­тель к ис­точ­ни­ку по­сто­ян­но­го тока в цепь с вольт­мет­ром, то при за­мы­ка­нии цепи, рамка с током при­дёт во вра­ще­ние.

5. Электромагниты

В 1269 г. фран­цуз­ский есте­ство­ис­пы­та­тель Пьер Мари Кур на­пи­сал труд под на­зва­ни­ем «Пись­мо о маг­ни­те». Ос­нов­ной целью Пьера Мари Кура было со­зда­ние веч­но­го дви­га­те­ля, в ко­то­ром он со­би­рал­ся ис­поль­зо­вать уди­ви­тель­ные свой­ства маг­ни­тов. На­сколь­ко успеш­ны­ми были его по­пыт­ки не из­вест­но, но до­сто­вер­но то, что Якоби ис­поль­зо­вал свой элек­тро­дви­га­тель для того, чтобы при­ве­сти в дви­же­ние лодку, при этом ему уда­лось её разо­гнать до ско­ро­сти 4,5 км/ч.

Необ­хо­ди­мо упо­мя­нуть ещё об одном устрой­стве, ра­бо­та­ю­щем на ос­но­ве за­ко­нов Ам­пе­ра. Ампер по­ка­зал, что ка­туш­ка с током ведёт себя по­доб­но по­сто­ян­но­му маг­ни­ту, а это зна­чит – можно скон­стру­и­ро­вать элек­тро­маг­нит – устрой­ство, мощ­ность ко­то­ро­го можно ре­гу­ли­ро­вать.

6. Телеграф

Имен­но Ам­пе­ру при­ш­ла идея о том, что ком­би­на­ци­ей про­вод­ни­ков и маг­нит­ных стре­лок можно со­здать устрой­ство, ко­то­рое пре­да­ёт ин­фор­ма­цию на рас­сто­я­ние. Идея те­ле­гра­фа воз­ник­ла в пер­вые же ме­ся­цы после от­кры­тия элек­тро­маг­не­тиз­ма. Од­на­ко ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние элек­тро­маг­нит­ный те­ле­граф при­об­рёл после того, как Са­мю­эль Морзе со­здал более удоб­ный ап­па­рат и, глав­ное, раз­ра­бо­тал дво­ич­ную аз­бу­ку, со­сто­я­щую из точек и тире, ко­то­рая так и на­зы­ва­ет­ся «Аз­бу­ка Морзе» (рис. 3).

Рис. 3. Аз­бу­ка Морзе

Пушка Гаусса

Ма­те­ма­тик Гаусс, когда по­зна­ко­мил­ся с ис­сле­до­ва­ни­я­ми Ам­пе­ра, пред­ло­жил со­здать ори­ги­наль­ную пушку (рис. 4), ра­бо­та­ю­щую на прин­ци­пе дей­ствия маг­нит­но­го поля на же­лез­ный шарик – сна­ряд.

Рис. 4. Пушка Гаус­са

Необ­хо­ди­мо об­ра­тить вни­ма­ние на то, в какую ис­то­ри­че­скую эпоху были сде­ла­ны эти от­кры­тия. В пер­вой по­ло­вине XIX века Ев­ро­па се­ми­миль­ны­ми ша­га­ми шла по пути про­мыш­лен­ной ре­во­лю­ции – это бла­го­дат­ное время для на­уч­но-ис­сле­до­ва­тель­ских от­кры­тий и быст­ро­го внед­ре­ния их в прак­ти­ку. Ампер, несо­мнен­но, внёс ве­со­мый вклад в этот про­цесс, дав ци­ви­ли­за­ции элек­тро­маг­ни­ты, элек­тро­дви­га­те­ли и те­ле­граф, ко­то­рые до сих пор на­хо­дят ши­ро­кое при­ме­не­ние.

Открытия Лоренца

Вы­де­лим ос­нов­ные от­кры­тия Ло­рен­ца.

Ло­ренц уста­но­вил, что маг­нит­ное поле дей­ству­ет на дви­жу­щу­ю­ся в нём ча­сти­цу, за­став­ляя её дви­гать­ся по дуге окруж­но­сти:

(1.3.)

По­сколь­ку сила Ло­рен­ца – цен­тро­стре­ми­тель­ная сила, пер­пен­ди­ку­ляр­ная на­прав­ле­нию ско­ро­сти. Пре­жде всего, от­кры­тый Ло­рен­цем закон, поз­во­ля­ет опре­де­лять такую важ­ней­шую ха­рак­те­ри­сти­ку как от­но­ше­ние за­ря­да к массе – удель­ный заряд.

(1.4.)

Зна­че­ние удель­но­го за­ря­да – ве­ли­чи­на уни­каль­ная для каж­дой за­ря­жен­ной ча­сти­цы, что поз­во­ля­ет их иден­ти­фи­ци­ро­вать, будь-то элек­трон, про­тон или любая дру­гая ча­сти­ца. Таким об­ра­зом, учё­ные по­лу­чи­ли мощ­ный ин­стру­мент для ис­сле­до­ва­ния. На­при­мер, Ре­зер­форд сумел про­ве­сти ана­лиз ра­дио­ак­тив­но­го из­лу­че­ния и вы­явил его ком­по­нен­ты, среди ко­то­рых при­сут­ству­ют аль­фа-ча­сти­цы – ядра атома гелия и бе­та-ча­сти­цы – элек­тро­ны. В ХХ веке по­яви­лись уско­ри­те­ли, ра­бо­та ко­то­рых ос­но­ва­на на том, что за­ря­жен­ные ча­сти­цы уско­ря­ют­ся в маг­нит­ном поле. На этом прин­ци­пе раз­ра­бо­тан Боль­шой ад­рон­ный кол­лай­дер. Бла­го­да­ря от­кры­ти­ям Ло­рен­ца наука по­лу­чи­ла прин­ци­пи­аль­но новый ин­стру­мент для фи­зи­че­ских ис­сле­до­ва­ний, от­кры­вая до­ро­гу в мир эле­мен­тар­ных ча­стиц.

Для того чтобы оха­рак­те­ри­зо­вать вли­я­ние учё­но­го на тех­ни­че­ский про­гресс вспом­ним о том, что из вы­ра­же­ния для силы Ло­рен­ца вы­те­ка­ет воз­мож­ность рас­счи­тать ра­ди­ус кри­виз­ны тра­ек­то­рии ча­сти­цы, ко­то­рая дви­жет­ся в по­сто­ян­ном маг­нит­ном поле. При неиз­мен­ных внеш­них усло­ви­ях этот ра­ди­ус за­ви­сит от массы ча­сти­цы, её ско­ро­сти и за­ря­да. Таким об­ра­зом, по­лу­ча­ем воз­мож­ность клас­си­фи­ци­ро­вать за­ря­жён­ные ча­сти­цы по этим па­ра­мет­рам и, сле­до­ва­тель­но, можем про­во­дить ана­лиз ка­кой-ли­бо смеси. Если смесь ве­ществ в га­зо­об­раз­ном со­сто­я­нии иони­зи­ро­вать, разо­гнать и на­пра­вить в маг­нит­ное поле, то ча­сти­цы нач­нут дви­гать­ся по дугам окруж­но­стей с раз­лич­ны­ми ра­ди­у­са­ми – ча­сти­цы будут по­ки­дать поле в раз­ных точ­ках и оста­ёт­ся толь­ко за­фик­си­ро­вать эти точки вы­ле­та, что ре­а­ли­зу­ет­ся при по­мо­щи экра­на, по­кры­то­го лю­ми­но­фо­ром, ко­то­рый све­тит­ся при по­па­да­нии на него за­ря­жён­ных ча­стиц. Имен­но по такой схеме ра­бо­та­ет масс-ана­ли­за­тор. Масс-ана­ли­за­то­ры ши­ро­ко при­ме­ня­ют в фи­зи­ке и химии для ана­ли­за со­ста­ва сме­сей.

Это ещё не все тех­ни­че­ские устрой­ства, ко­то­рые ра­бо­та­ют на ос­но­ве раз­ра­бо­ток и от­кры­тий Ам­пе­ра и Ло­рен­ца, ведь на­уч­ное зна­ние рано или позд­но пе­ре­ста­ет быть ис­клю­чи­тель­ной соб­ствен­но­стью учё­ных и ста­но­вит­ся до­сто­я­ни­ем ци­ви­ли­за­ции, при этом оно во­пло­ща­ет­ся в раз­лич­ных тех­ни­че­ских устрой­ствах, ко­то­рые де­ла­ют нашу жизнь более ком­форт­ной.

Закон Ампера простыми словами

На основе магнитных явлениях построено действие электротехнических устройств. Все современные электромоторы, генераторы и множество других электромеханических приборов работают по принципу взаимодействия электрического тока с окружающими его магнитными полями. Эти взаимодействия описывает знаменитый закон Ампера, названный так в честь своего первооткрывателя.

Влияние электричества на поведение магнитной стрелки впервые обнаружил Х. К. Эрстед. Он заметил, что вопреки ожиданию, магнитное поле не параллельно вектору тока, а перпендикулярно ему. Развивая выводы Эрстеда, и продолжая исследования в этом направлении, Мари Ампер установил [1], что электричество взаимодействует не только с магнитами, но и между собой. Заслуга Ампера в том, что он теоретически обосновал взаимное влияние токов и предоставил формулу, позволяющую вычислять силы этого взаимодействия.

Определение и формула

Экспериментальным путём Ампер установил, что между двумя параллельными проводниками, подключенными к постоянному току, действует притяжение (однонаправленные токи) либо отталкивание (если направления противоположные). Эти силы взаимодействия определяются параметрами токов (прямо пропорциональная зависимость), и расстоянием между проводниками (обратно пропорциональная зависимость).

Расчёт амперовой силы на единицу длины проводника осуществляется по формуле:

где F – сила, I₁, I₂ – величина тока в проводниках, а μ – магнитная проницаемость среды, окружающей проводники (см. рис. 1).

Природой взаимодействия является магнитное поле, образованное перемещаемыми по проводникам электрическими зарядами. Под влиянием магнитного поля на электрические заряды возникает сила магнитной индукции, которую обозначают символом B.

Линии, в каждой точке которых касательные к ним совпадают с направлением соответствующих векторов магнитной индукции, получили название линий электромагнитной индукции. Применяя мнемоническое правило буравчика, можно определить ориентацию в пространстве линий магнитной индукции. То есть, при ввинчивании буравчика в сторону, куда направлен вектор электрического тока, движение концов его рукоятки укажет направление векторов индукции.

Из сказанного выше следует, что в проводниках, с одинаково ориентированными токами, направления векторов магнитной индукции совпадают, а значит, векторы сил направлены навстречу друг к другу, что и вызывает притяжение.

Рис. 1. Взаимодействие параллельных проводников

Подобным образом проводники взаимодействуют не только между собой, но и с магнитными полями любой природы. Если такой проводник окажется в магнитном поле, то на элемент, расположенный в зоне действия магнита, будет действовать сила, которую именуют Амперовой:

Для вычисления модуля этой силы пользуются формулой: dF = IBlsinα , где α — угол, образованный векторами индукции и ориентацией тока.

Рассмотренную нами зависимость описывает закон Ампера, формулировка которого понятна из рисунка 2.

Рис. 2. Формулировка закона Ампера

Не трудно сообразить, что когда α = 90 0 , то sinα = 1. В этом случае величина F приобретает максимальное значение: F = B*L*I, где L– длина проводника, оказавшегося под действием магнитного поля.

Таким образом, из закона Ампера вытекает:

• проводник с током реагирует на магнитные поля.
• действующая сила находится в прямо пропорциональной зависимости от параметров тока, величины магнитной индукции и размеров проводника.

Обратите внимание, что на данном рисунке 3 проводник расположен под углом 90º к линиям магнитной индукции, что вызывает максимальное действие магнитных сил.

Рис. 3. Проводник в магнитном поле

Направление силы Ампера

Принимая к сведению то, что сила – векторная величина, определим её направление. Рассмотрим случай, когда проводник с током расположен между двумя полюсами магнитов под прямым углом к линиям магнитной индукции.

Выше мы установили, что согласно закону Ампера, действующая на данный проводник сила, равна: F = B*L*I. Направление вектора рассматриваемой силы определяется по результатам векторного произведения:

Если полюса магнита статичны (неподвижны), то векторное произведение будет зависеть только от параметров электричества, в частности, от того, в какую сторону оно течёт.

Направление силы Ампера определяют по известному правилу левой руки: ладонь располагают навстречу магнитным линиям, а пальцы размещают вдоль проводника, в сторону устремления тока. На ориентацию силы Ампера указывает большой палец, образующий прямой угол с ладонью (см. рис. 4).

Рис. 4. Интерпретация правила

Измените мысленно направление электрического тока, и вы увидите, что направление вектора Амперовой силы изменится на противоположное. Модуль вектора имеет прямо пропорциональную зависимость от всех сомножителей, но на практике эту величину удобно регулировать путём изменения параметров в электрической цепи (например, для регулировки мощности электродвигателя).

Применение

Закон Ампера, а точнее следствия, вытекающие из него, используются в каждом электромеханическом устройстве, где необходимо вызвать движение рабочих элементов. Самым распространённым механизмом, работа которого базируется на законе Ампера, является электродвигатель.

Применение электромоторов настолько широкое, что его можно увидеть практически во всех сферах человеческой деятельности:

• на производстве, в качестве приводов станков и различного оборудования;
• в бытовой сфере (бытовая электротехника);
• в электроинструментах;
• на транспорте;
• в устройствах автоматики, в офисной технике и во многих других сферах.

Из закона Ампера вытекает возможность получения электротока путём перемещения проводников, находящихся в магнитном поле. На данном принципе построены все генераторы электрического тока. Благодаря этой уникальной возможности, у нас появился доступ к использованию электроэнергии для различных потребностей.

Мы буквально окружены проявлением закона Ампера. Например, просмотр телепередачи сопровождается звуком, который транслируется через динамики. Но диффузор динамика приводит в движение сила Ампера. Мы разговариваем по телефону – там тоже есть динамик и микрофон. Принцип действия современных микрофонов также основан на законе Ампера.

Вход в помещение через автоматическую раздвижную дверь, поднятие на лифте, поездка в троллейбусе, трамвае, запуск двигателя автомобиля – всё это было бы невозможным, если бы не существовало взаимодействия электрического тока с силами магнитной индукции.

Ампер открыл перед человечеством такие возможности, без которых развитие научно-технического прогресса было бы невозможным. Влияние этого закона в электротехнике сравнимо с законами Ньютона, которые в своё время совершили революцию в механике. В этом огромная заслуга учёного-физика Мари Ампера, труды которого увенчались открытием в 1820 г. знаменитого закона.