قانون امبير

في هذه المقالة سوف نتحدث عن قانون أمبير ، أحد القوانين الأساسية للديناميكا الكهربائية. تعمل قوة Ampere اليوم في العديد من الآلات والتركيبات الكهربائية ، وبفضل قوة Ampere في القرن العشرين ، أصبح التقدم المتعلق بالكهرباء في العديد من مجالات الإنتاج ممكنًا. قانون Ampere ثابت حتى يومنا هذا ويستمر بأمانة في خدمة الهندسة الحديثة. لذا دعونا نتذكر لمن ندين بهذا التقدم وكيف بدأ كل شيء.

في عام 1820 ، أعلن الفيزيائي الفرنسي العظيم أندريه ماري أمبير اكتشافه. تحدث في أكاديمية العلوم عن ظاهرة تفاعل اثنين من الموصلات الحاملة للتيار: الموصلات ذات التيارات المعاكسة تتنافر ، ومع التيارات المباشرة تجذب بعضها البعض. اقترح أمبير أيضًا أن المغناطيسية كانت كهربائية بالكامل.

لبعض الوقت ، أجرى العالم تجاربه وأكد افتراضه في النهاية. أخيرًا ، في عام 1826 ، نشر نظرية الظواهر الكهروديناميكية المشتقة حصريًا من التجربة.من تلك النقطة فصاعدًا ، تم رفض فكرة وجود سائل مغناطيسي باعتبارها غير ضرورية ، لأن المغناطيسية ، كما اتضح فيما بعد ، كانت بسبب التيارات الكهربائية.

استنتج أمبير أن المغناطيس الدائم له أيضًا تيارات كهربائية بداخله ، وتيارات جزيئية دائرية وذرية متعامدة على المحور الذي يمر عبر أقطاب مغناطيس دائم. يتصرف الملف كمغناطيس دائم يتدفق من خلاله التيار في دوامة. حصل Ampere على الحق الكامل في التأكيد بثقة: "يتم تقليل جميع الظواهر المغناطيسية إلى إجراءات كهربائية".

في سياق عمله البحثي ، اكتشف أمبير أيضًا العلاقة بين قوة تفاعل العناصر الحالية مع مقادير هذه التيارات ، كما وجد تعبيراً عن هذه القوة. أشار أمبير إلى أن قوى تفاعل التيارات ليست مركزية ، مثل قوى الجاذبية. يتم تضمين الصيغة التي اشتقها أمبير في كل كتاب مدرسي عن الديناميكا الكهربائية اليوم.

وجد أمبير أن التيارات من الاتجاه المعاكس تتنافر وتجتذب التيارات من نفس الاتجاه ، إذا كانت التيارات متعامدة فلا يوجد تفاعل مغناطيسي بينها. هذا هو نتيجة تحقيق العالم لتفاعلات التيارات الكهربائية كأسباب جذرية حقيقية للتفاعلات المغناطيسية. اكتشف أمبير قانون التفاعل الميكانيكي للتيارات الكهربائية وبالتالي حل مشكلة التفاعلات المغناطيسية.

من أجل توضيح القوانين التي ترتبط بها قوى التفاعل الميكانيكي للتيارات بكميات أخرى ، من الممكن إجراء تجربة مشابهة لتجربة أمبير اليوم.للقيام بذلك ، يكون السلك الطويل نسبيًا مع التيار I1 ثابتًا ، والسلك القصير بالتيار I2 يكون متحركًا ، على سبيل المثال ، سيكون الجانب السفلي من الإطار المتحرك بالتيار هو السلك الثاني. الإطار متصل بمقياس ديناميكي لقياس القوة F التي تعمل على الإطار عندما تكون الموصلات الحية متوازية.

في البداية ، كان النظام متوازنًا والمسافة R بين أسلاك الإعداد التجريبي أصغر بكثير مقارنة بالطول l لهذه الأسلاك. الغرض من التجربة هو قياس قوة التنافر للأسلاك.

يمكن تنظيم التيار ، في كل من الأسلاك الثابتة والمتحركة ، باستخدام ريوستات. من خلال تغيير المسافة R بين الأسلاك ، عن طريق تغيير التيار في كل منها ، يمكن للمرء بسهولة العثور على التبعيات ، ومعرفة كيف تعتمد قوة التفاعل الميكانيكي للأسلاك على التيار وعلى المسافة.

إذا لم يتغير التيار I2 في الإطار المتحرك وزاد التيار I1 في السلك الثابت بعدد معين من المرات ، فإن القوة F لتفاعل الأسلاك ستزداد بنفس المقدار. وبالمثل ، يتطور الموقف إذا لم يتغير التيار I1 في السلك الثابت وتغير التيار I2 في الإطار ، فإن قوة التفاعل F تتغير بنفس الطريقة التي يتغير بها التيار I1 في السلك الثابت بتيار ثابت I2 in الاطار. وهكذا نصل إلى الاستنتاج الواضح - قوة تفاعل الأسلاك F تتناسب طرديًا مع التيار I1 والتيار I2.

إذا قمنا بتغيير المسافة R بين الأسلاك المتفاعلة ، فقد اتضح أنه كلما زادت هذه المسافة ، تقل القوة F وتنخفض بنفس عامل المسافة R.وبالتالي ، فإن قوة التفاعل الميكانيكي F للأسلاك مع التيارات I1 و I2 تتناسب عكسياً مع المسافة R بينهما.

من خلال تغيير الحجم l من السلك المتحرك ، من السهل التأكد من أن القوة أيضًا تتناسب طرديًا مع طول الجانب المتفاعل.

نتيجة لذلك ، يمكنك إدخال عامل التناسب وكتابة:

تسمح لك هذه الصيغة بإيجاد القوة F التي يعمل بها المجال المغناطيسي الناتج عن موصل طويل بلا حدود مع تيار I1 على مقطع موازٍ لموصل بتيار I2 ، بينما يكون طول المقطع l و R هو المسافة بين الموصلات المتفاعلة. هذه الصيغة مهمة للغاية في دراسة المغناطيسية.

يمكن التعبير عن نسبة العرض إلى الارتفاع من حيث الثابت المغناطيسي على النحو التالي:

ثم تأخذ الصيغة الشكل:

تسمى القوة F الآن قوة أمبير ، والقانون الذي يحدد حجم هذه القوة هو قانون أمبير. يُطلق على قانون Ampere أيضًا القانون الذي يحدد القوة التي يعمل بها المجال المغناطيسي على جزء صغير من الموصل الحامل للتيار:

«تتناسب القوة dF التي يعمل بها المجال المغناطيسي على العنصر dl للموصل مع تيار في المجال المغناطيسي طرديًا مع قوة التيار dI في الموصل ومنتج المتجه للعنصر بطول dl من الموصل والحث المغناطيسي ب «:

يتم تحديد اتجاه قوة الأمبير من خلال قاعدة حساب حاصل الضرب الاتجاهي ، وهو أمر مناسب للتذكر باستخدام قاعدة اليد اليسرى ، والتي تشير إلى القوانين الأساسية للهندسة الكهربائية، ويمكن حساب معامل قوة الأمبير بالصيغة:

هنا ، ألفا هي الزاوية بين متجه الحث المغناطيسي والاتجاه الحالي.

من الواضح أن قوة الأمبير تكون قصوى عندما يكون عنصر الموصل الحامل للتيار عموديًا على خطوط الحث المغناطيسي B.

بفضل قوة Ampere ، تعمل العديد من الآلات الكهربائية اليوم ، حيث تتفاعل الأسلاك الحاملة للتيار مع بعضها البعض ومع المجال الكهرومغناطيسي. تستخدم غالبية المولدات والمحركات بطريقة أو بأخرى قوة الأمبير في عملها. تدور دوارات المحركات الكهربائية في المجال المغناطيسي لعناصرها الثابتة بسبب قوة أمبير.

المركبات الكهربائية: عربات الترام والقطارات الكهربائية والسيارات الكهربائية - كلها تستخدم قوة أمبير لجعل عجلاتها تدور في النهاية. أقفال كهربائية ، أبواب المصاعد ، إلخ. مكبرات الصوت ومكبرات الصوت - يتفاعل فيها المجال المغناطيسي للملف الحالي مع المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم ، مكونًا موجات صوتية. أخيرًا ، يتم ضغط البلازما في توكاماك بسبب قوة أمبير.