Що таке сила ампера

У 1820 році видатний французький фізик Андре Марі Ампер (саме в його честь названа одиниця вимірювання електричного струму) сформулював один з основоположних законів всієї електротехніки. Згодом за цим законом закріпилася назва сила ампера.

Як відомо, при проходженні по провіднику електричного струму навколо нього виникає своє власне (вторинне) магнітне поле, лінії напруженості якого формують своєрідну обертову оболонку. Напрямок цих ліній магнітної індукції визначають за допомогою правила правої руки (друга назва "правило буравчика"): мислення обхоплюємо правою рукою провідник так, щоб протягом заряджених частинок збігалося з напрямком, вказуються відігнутим великим пальцем. В результаті інші чотири пальці, що охоплюють провід, вкажуть на обертання поля.

Якщо розташувати паралельно два таких провідника (тонких дроти), то на взаємодію їх магнітних полів впливатиме сила ампера. Залежно від напрямку струму в кожному провіднику, вони можуть відштовхуватися або притягатися. При токах, поточних в одному напрямку, сила ампера чинить на них притягує дію. Відповідно, протилежний напрямок струмів викликає відштовхування. У цьому немає нічого дивного: хоча однойменні заряди відштовхуються, в даному прикладі взаємодіють не власними заряди, а магнітні поля. Так як напрям їх обертання збігається, то підсумкове поле є векторною суму, а не різниця.

Іншими словами, магнітне поле певним чином впливає на провідник, що перетинає лінії напруженості. Сила ампера (довільна форма провідника) визначається з формули закону:

dF = B * I * L * sin a-

де - I - значення сили струму в проводніке- B - індукція магнітного поля, в якому розміщується проводить струм матеріал- L - узятий для розрахунків довжини провідника зі струмом (причому, в даному випадку вважається, що довжина провідника і сила прагнуть до нуля) - альфа (а) - векторний кут між напрямком руху заряджених елементарних частинок і лініями напруженості зовнішнього поля. Слідство наступне: коли кут між векторами становить 90 градусів його sin = 1, а значення сили максимально.

Векторне напрямок дії сили ампера визначають за допомогою правила лівої руки: подумки розміщуємо долоню лівої руки таким чином, щоб лінії (вектори) магнітної індукції зовнішнього поля входили в розкриту долоню, а інші чотири випрямлених пальця вказували напрямок, у якому рухається струм в провіднику. Тоді великий палець, відігнутий під кутом 90 градусів, покаже напрямок діючої на провідник сили. Якщо кут між вектором електричного струму і довільної лінією індукції занадто малий, то для спрощення застосування правила в долоню повинен входити не сам вектор індукції, а модуль.

Застосування сили ампера дало можливість створити електродвигуни. Всі ми звикли до того, що досить клацнути вимикачем електричного побутового приладу, оснащеного двигуном, щоб її виконавчий механізм прийшов в дію. А про процеси, що відбуваються при цьому, ніхто особливо не замислюється. Напрямок сили ампера не тільки пояснює принцип роботи двигунів, але і дозволяє визначити, куди саме буде направлений обертовий момент.

Для прикладу уявімо двигун постійного струму: його якір - це каркас-основа з обмоткою. Зовнішнє магнітне поле створюється спеціальними полюсами. Так як обмотка, намотана на якір, кругова, то з протилежних його сторін напрямок струму на ділянках провідника зустрічно. Отже, вектора дії сили ампера також зустрічні. Так як якір закріплений на підшипниках, то взаємна дія векторів сили ампера створює обертовий момент. З ростом діючого значення струму збільшується і сила. Саме тому номінальний електричний струм (вказаний у паспорті на електрообладнання) і крутний момент безпосередньо взаємопов'язані. Збільшення струму обмежується конструктивними особливостями: січнем використаного для обмотки дроти, кількістю витків та ін.