تطبيق تأثير قوة أمبير في التكنولوجيا

في عام 1820 ، قام الفيزيائي الدنماركي هانز كريستيان أورستد باكتشاف أساسي: تنحرف الإبرة المغناطيسية للبوصلة بواسطة سلك يحمل تيارًا كهربائيًا مباشرًا. وهكذا وجد العالم في إحدى التجارب أن المجال المغناطيسي للتيار موجه بشكل عمودي تمامًا على التيار وليس موازيًا له كما قد يُفترض.

استوحى الفيزيائي الفرنسي أندريه ماري أمبير من عرض تجربة أورستيد لدرجة أنه قرر مواصلة بحثه في هذا الاتجاه بمفرده.

كان Ampere قادرًا على إثبات أن الإبرة المغناطيسية لا تنحرف فقط عن طريق موصل يحمل تيارًا ، ولكن يمكن لموصلين متوازيين يحملان تيارات مباشرة إما جذب أو تنافر بعضهما البعض - اعتمادًا على الاتجاهات التي يتحركان فيها بالنسبة لبعضهما البعض ، التيارات الموجودة في هذه الأسلاك.

اتضح أن التيار الكهربائي ينتج مجالًا مغناطيسيًا ، وأن المجال المغناطيسي يعمل بالفعل على تيار آخر.استنتج أمبير أن السلك الحامل للتيار يعمل أيضًا على المغناطيس الدائم (السهم) فقط لأن العديد من التيارات المجهرية تتدفق أيضًا داخل المغناطيس في مسارات مغلقة ، وعمليًا ، على الرغم من تفاعل المجالات المغناطيسية ، فإن مصادر هذه المجالات المغناطيسية ، والتيارات ، يتم صدها. لن يكون هناك تفاعل مغناطيسي بدون تيارات.

نتيجة لذلك ، في نفس العام 1820 ، اكتشف أمبير القانون الذي بموجبه تتفاعل التيارات الكهربائية المباشرة. الموصلات ذات التيارات الموجهة في اتجاه واحد تجذب بعضها البعض ، والموصلات ذات التيارات الموجهة بشكل معاكس تتنافر (انظر - قانون امبير).

نتيجة لعمله التجريبي ، وجد أمبير أن القوة المؤثرة على سلك يحمل تيارًا موضوعة في مجال مغناطيسي تعتمد خطيًا على كل من مقدار التيار I في السلك وحجم الحث B للمجال المغناطيسي الذي يوضع فيه هذا السلك.

يمكن صياغة قانون Ampere على النحو التالي. تتناسب القوة dF التي يعمل بها المجال المغناطيسي على العنصر الحالي dI الموجود في المجال المغناطيسي للحث B بشكل مباشر مع التيار والمنتج المتجه لطول العنصر الموصل dL بواسطة الحث المغناطيسي B.

يمكن تحديد اتجاه قوة الأمبير بقاعدة اليد اليسرى. تكون هذه القوة أكبر عندما يكون السلك عموديًا على خطوط الحث المغناطيسي. من حيث المبدأ ، فإن قوة الأمبير لسلك طوله L يحمل تيارًا أنا وضعته في مجال مغناطيسي للحث B بزاوية ألفا إلى خطوط قوة المجال المغناطيسي تساوي:

اليوم ، يمكن القول أن جميع المكونات الكهربائية التي يحدد فيها الفعل الكهرومغناطيسي عنصرًا في حركة ميكانيكية تستخدم قوة الأمبير.

يعتمد مبدأ تشغيل الآلات الكهروميكانيكية بدقة على هذه القوة ، على سبيل المثال ، في محرك كهربائي... في أي لحظة من الوقت ، أثناء تشغيل المحرك الكهربائي ، يتحرك جزء من ملفه الدوار في المجال المغناطيسي للتيار لجزء من لف الجزء الثابت. هذا مظهر من مظاهر قوة أمبير وقانون أمبير لتفاعل التيارات.

ربما يكون هذا المبدأ هو الأكثر شيوعًا في المحركات الكهربائية ، حيث وبالتالي يتم تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية.

المولد ، من حيث المبدأ ، هو نفس المحرك الكهربائي ، ويحقق فقط التحول العكسي: يتم تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية (انظر - كيف تعمل مولدات التيار المتردد والتيار المستمر؟).

في المحرك ، يختبر ملف الدوار ، الذي يتدفق التيار من خلاله ، تأثير قوة الأمبير من الحقل المغناطيسي للجزء الثابت (حيث يعمل التيار بالاتجاه المطلوب أيضًا في هذا الوقت) وبالتالي يدخل دوار المحرك فيه حركة دورانية ، دوران العمود مع الحمولة.

تشهد السيارات الكهربائية والترام والقطارات الكهربائية وغيرها من المركبات الكهربائية دورانًا للعجلات بفضل عمود الدوران الذي يدور تحت تأثير قوة الأمبير في محرك محرك تيار متردد أو تيار مستمر. تستخدم محركات التيار المتردد والتيار المستمر الأمبيرات.

تعمل الأقفال الكهربائية (أبواب المصاعد ، البوابات ، إلخ) بنفس الطريقة ، بكلمة واحدة - جميع الآليات التي يؤدي فيها العمل الكهرومغناطيسي إلى حركة ميكانيكية.

على سبيل المثال ، في مكبر الصوت الذي ينتج صوتًا في مكبرات الصوت بمكبر الصوت ، يهتز الغشاء لأن الملف الحامل للتيار يتم صده بواسطة المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم المثبت حوله.وبالتالي تتشكل اهتزازات الصوت - يكون التيار متغيرًا (نظرًا لأن التيار في الملف يتغير مع تردد الصوت المراد إعادة إنتاجه) يدفع الناشر ، ويولد الصوت.

تشتمل أدوات القياس الكهربائية للنظام الكهرومغناطيسي (مثل المقاييس التناظرية) على إطار سلكي قابل للإزالة بين قطبي مغناطيس دائم… الإطار معلق على نوابض لولبية ، يمر خلالها التيار الكهربائي المقاس عبر جهاز القياس هذا ، في الواقع ، عبر الإطار.

عندما يمر التيار عبر الإطار ، فإن قوة الأمبير ، المتناسبة مع حجم التيار المعطى ، تعمل عليه في المجال المغناطيسي لمغناطيس دائم ، وبالتالي فإن الإطار يدور ، مما يؤدي إلى تشويه الينابيع. عندما يتم موازنة قوة الأمبير بواسطة قوة الزنبرك ، يتوقف الإطار عن الدوران ويمكن عند هذه النقطة أخذ قراءات.

سهم متصل بالإطار يشير إلى المقياس المتدرج لجهاز القياس. تبين أن زاوية انحراف السهم متناسبة مع إجمالي التيار المار عبر الإطار. يتكون الإطار عادة من عدة أدوار (انظر - جهاز مقياس التيار الكهربائي والفولتميتر).