Закон Ампера простыми словами: определение, формула, применение

Определение и формула

Экспериментально Ампер установил, что между двумя параллельными проводниками, соединенными с постоянным током, существует притяжение (однонаправленные токи) или отталкивание (если направления противоположны). Эти силы взаимодействия определяются параметрами токов (прямо пропорциональны) и расстоянием между проводниками (обратно пропорциональны).

Расчет силы тока на единицу длины проводника осуществляется по формуле:

где F — сила, I1, I2 — ток в проводниках, μ — магнитная проницаемость среды, окружающей проводники (см рис. 1).

Природа взаимодействия – магнитное поле, образованное электрическими зарядами, движущимися по проводникам. Под действием магнитного поля на электрические заряды возникает сила магнитной индукции, которую обозначают символом В.

Линии, в каждой точке, где их касательные совпадают с направлением соответствующих векторов магнитной индукции, называются линиями электромагнитной индукции. Используя мнемоническое правило Гимлета, можно определить ориентацию в пространстве линий магнитной индукции. То есть при повороте буравчика в ту сторону, в которую направлен вектор электрического тока, движение концов рукоятки укажет направление векторов индукции.

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

Рис. 1. Взаимодействие между параллельными проводниками

Подобным образом проводники взаимодействуют не только друг с другом, но и с магнитными полями любого вида. Если такой проводник находится в магнитном поле, то на элемент, находящийся в зоне действия магнита, будет действовать сила, называемая Ампер:

Для расчета модуля этой силы используйте формулу: dF = IBlsinα, где α — угол, образованный векторами индукции и текущей ориентацией.

Рассмотренная нами зависимость описывается законом Ампера, формулировка которого ясна из рисунка 2.

Рис. 2. Формулировка закона Ампера

Нетрудно найти, что при α = 900 sinα = 1. В этом случае значение F принимает максимальное значение: F = B*L*I, где L — длина проводника, подвергающегося воздействию магнитное поле.

Таким образом, из закона Ампера следует:

• проводник с током реагирует на магнитные поля.
• действующая сила прямо пропорциональна параметрам тока, величине магнитной индукции и размерам проводника.

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

Рис. 3. Проводник в магнитном поле

Правило левой руки

Правило левой руки призвано помочь вам вспомнить, куда направлена ​​сила Ампера. Звучит это так: если рука принимает такое положение, что линии магнитной индукции внешнего поля сами входят в ладонь, а пальцы от мизинца к указательному указывают направление в направлении тока в проводника, то большой палец на ладони, отклоненный под углом 90 градусов, укажет, куда направлена ​​сила Ампера, действующая на элемент проводника.

Вот как выглядит правило левой руки на этой диаграмме.

Эксперимент

Чтобы иметь возможность своими глазами увидеть действие силы Ампера, можно провести дома небольшой эксперимент. Для начала нужно взять подковообразный магнит, в котором между полюсами помещается проводник. Желательно все воспроизвести как на картинке. Если закрыть ключ, то видно, что проводник начнет двигаться, смещаясь от начальной точки равновесия. Вы можете поэкспериментировать с текущими направлениями и увидеть, что в зависимости от направления движения изменяется направление отклонения проводника. Из самого эксперимента можно сделать несколько наблюдений, подтверждающих вышеизложенное:

• Магнитное поле действует исключительно на проводник с током.
• На проводник с током в магнитном поле действует сила, являющаяся следствием их взаимодействия. Именно под действием этой силы проводник перемещается в пространстве в границах магнитного поля.
• Характер взаимодействия напрямую зависит от напряжения электрического тока и силовых линий магнитного поля.
• Поле не действует на проводник с током, если ток в проводнике течет параллельно направлению силовых линий.

Взаимодействие тока и магнитного поля

Вектор магнитной индукции считается положительно направленным, если он совпадает с магнитной стрелкой, ориентированной к северному полюсу. Используя это правило, можно определить направление вектора МИ в любой точке пространства и визуализировать структуру магнитного поля. На рисунке ниже показан пример расположения линий МИ для постоянного магнита и катушки с током.

Ампер смог рассчитать, как будет происходить взаимодействие между магнитным полем заданной напряженности и проводником, по которому течет ток. Согласно его закону действие магнитного поля на проводник с током описывается следующей формулой:

Эта формула представлена ​​в векторной форме. Умножение между векторами выполняется по специальным правилам. В результате этой операции будет получен вектор, модуль которого определяется по следующей дифференциальной формуле:

Для прямого провода эта формула имеет скалярную форму:

Хотя закон кажется довольно простым, он был важным достижением в развитии физической науки.

Определение силы Лоренца

Сила Лоренца представляет собой комбинацию магнитной и электрической сил на точечный заряд, которая вызывается электромагнитными полями. Или, другими словами, сила Лоренца — это сила, действующая на любую заряженную частицу, падающую в магнитном поле с определенной скоростью. Величина зависит от величины магнитной индукции B, электрического заряда частицы q и скорости падения частицы в поле — V. Подробнее о формуле расчета силы Лоренца, а также о ее практическом значении читайте подробнее в физике.

Закон Ома

Один из законов электротехники, который выводится путем экспериментальных исследований, является эмпирическим. С его помощью устанавливали связь между сопротивлением проводника, напряжением на концах и силой тока, проходящего по проводнику. Ом Георг, немецкий физик, провел в 1826 г серию опытов и вывел зависимость между этими величинами, которую можно выявить следующим образом: сила тока находится в прямой зависимости от разности потенциалов на концах проводника и, наоборот, на сопротивление. Формула закона Ома:

Смертельный ток для человека

Я = У/Р,

куда:

• I — сила тока, А;
• U – напряжение (разность потенциалов), В;
• R — сопротивление проводника, Ом.

Ампер — это единица количества электричества в цепи, полученная путем деления напряжения 1 вольт на сопротивление 1 ом.

Обратите внимание на следующее! Из этого выражения следует, например, что если напряжение увеличить вдвое при том же сопротивлении, то и ток увеличится вдвое. Если сопротивление увеличить вдвое при постоянном значении напряжения, оно уменьшится вдвое.

Также читайте:

Мнемоническое правило для запоминания формулы закона Ома

Формула применяется к части цепи, по которой движение электронов происходит в одном направлении. В случае переменного электричества с одной фазой формула меняет вид:

I = U/Z, где:

• I — сила тока, А;
• U — разность потенциалов, В;
• Z — полное (комплексное) сопротивление цепи, Ом.

Если в цепь наряду с активными элементами входят и реактивные, направление движения электрона имеет гармонические колебания, то этот закон описывает зависимость комплексных величин.

Сила тока и сопротивление

Давайте еще раз посмотрим на водяной шланг и зададим себе вопросы. Что определяет расход воды? Первое, что приходит на ум, это давление. Почему молекулы воды на рисунке ниже движутся слева направо? Потому что давление слева больше, чем справа. Чем больше напор, тем быстрее будет течь вода по шлангу – это элементарно.

Теперь вопрос: как можно увеличить количество электронов по площади поперечного сечения?

Первое, что приходит в голову, это увеличить давление. В этом случае расход воды увеличится, но сильно увеличивать его не хочется, так как шланг лопнет, как грелка во рту Тузика.

Второй – поставить шланг большего диаметра. В этом случае количество молекул воды через поперечное сечение пройдет больше, чем в тонкой трубке:

Все те же выводы можно применить и к обычному проводу. Чем он больше в диаметре, тем больше сможет «протянуть» через себя ток. Чем меньше в диаметре, тем его желательно меньше нагружать, иначе он «порвется», то есть будет тупо гореть. Это принцип плавких предохранителей. Внутри такого предохранителя находится тонкий провод. Толщина зависит от того, на какой ток он рассчитан.

Как только ток через тонкую проволоку предохранителя превысит ток, на который рассчитан предохранитель, проволока предохранителя перегорает и размыкает цепь. Ток больше не может течь через перегоревший предохранитель, так как провод в предохранителе разомкнут.

предохранитель перегорел

Поэтому берите силовые кабели, которые «бегают» по большому диаметру на сотни и тысячи ампер и пробуйте делать из меди, так как сопротивление очень маленькое.

Использование бесконечно малых величин

В приведенных выше формулах используются бесконечно малые величины (dF, dl). Его использование расширяет возможности расчета параметров. Обычно сравнительно простые ситуации изучаются экспериментально, но в этом случае возникает необходимость получения формул универсального характера.

В реальной жизни возможны ситуации, например, когда напряженность магнитного поля изменяется по сложному закону или рассматриваются контуры проводников произвольной конфигурации.

Использование бесконечно малых величин позволяет обобщать результаты фундаментальных экспериментов на самые разные ситуации. Для этого могут быть использованы методы дифференциального и интегрального исчисления.

Когда мы рассматриваем бесконечно малую часть нити, мы говорим о величине, достаточно малой, чтобы считать ее прямой линией. В этом случае можно использовать уже существующие закономерности. С помощью методов интегрирования можно перейти к проводам, имеющим контур разной степени сложности, или рассмотреть магнитное поле со сложной конфигурацией.

Переводы с амперов в киловатты и наоборот

Существует три способа конвертации значений: универсальная таблица, онлайн-калькулятор или формула. Когда дело доходит до использования калькулятора, вам нужно вставить первые показатели в соответствующие поля и нажать кнопку. Эту систему удобно использовать, когда приходится иметь дело с большими цифровыми значениями.

Примечание! По универсальной таблице и формуле можно узнать, что в А есть 0,22 кВт или 0,38 кВт. Вы можете преобразовать значения, используя доступные числа, используя калькулятор или умножив на заданное значение. Например, чтобы рассчитать, сколько будет 6А в кВт, нужно 0,6 умножить на 0,22. В итоге высвободится 1,32 кВт.

Вам будет интересно как рассчитать индуктивность катушки

В однофазной электрической цепи

Для расчета требуемых значений в однофазной сети, где номинальный ток автоматического выключателя составляет, например, 10 А и в нормальных условиях через него не протекает энергия выше заданного значения, необходимо вычислить максимальное электроэнергия. Необходимо подставить значения для напряжения и электрического тока в формулу для нахождения мощности и перемножить их между собой. Получается, что мощность будет равна 220*10=2200 Вт. Чтобы перевести в меньшие значения, разделите число на 1000. Выходит 5,5 кВт. Это общая мощность, выдаваемая машиной.

Перевод в однофазную электрическую цепь

В трехфазной электрической цепи

Перевод показателей в трехфазную сеть, рассчитанную на 380 вольт, можно произвести аналогичным образом. Отличие заключается в формуле. Для определения искомых данных необходимо подставить корень из трех в произведение напряжения и электрического тока. Например, автомат рассчитан на 40 А. Подставив значения, можно получить 26327 Вт. После деления значения на 1000 выходит 26,3 кВт. Это значит, что получается, что машина сможет выдержать нагрузку.

При известном показателе мощности для трехфазной цепи рабочий ток можно рассчитать путем преобразования этой формулы. То есть электрическую мощность надо разделить на корень из 3, умноженный на напряжение. В итоге при электрической мощности 10 кВт номинал машины будет 16А.

Перевод в трехфазную электрическую цепь

Сила тока в проводнике

Очень часто можно увидеть загадки по физике с вопросом: какова сила тока в проводнике? Проводник, он же провод, может иметь разные параметры: диаметр, он же площадь поперечного сечения; материал, из которого изготовлена ​​проволока; длина, что тоже играет немаловажную роль.

См также: Неисправная термопара Эконом. Как проверить термопару?

А вообще сопротивление проводника рассчитывается по формуле:

формула сопротивления проводника

Таблица удельных сопротивлений из разных материалов выглядит так.

таблица сопротивлений

Чтобы найти силу тока в проводнике, нужно применить закон Ома для части цепи. Это выглядит так:

закон Ома

Задача

Имеем медный провод длиной 1 метр и площадью поперечного сечения 1 мм2. Какой ток будет течь в этом проводнике (проводе), если к его концам приложить напряжение 1 вольт?

задача на силу тока в проводнике

История открытия

Впервые он был сформулирован Андре Ампером, который применил закон к постоянному току. Он был открыт в 1820 году. Этот закон имел далеко идущие последствия в будущем, ведь без него просто невозможно представить работу ряда электроприборов.

Потенциал

Несмотря на уже существующее практическое применение, возможности использования силы Ампера настолько велики, что их трудно описать. Его можно использовать в сложных механизмах, призванных облегчить существование человека, автоматизировать его деятельность, а также улучшить естественные жизненные процессы.

Направление силы Ампера

Учитывая, что сила является векторной величиной, определим направление. Рассмотрим случай, когда проводник с током помещен между двумя полюсами магнитов под прямым углом к ​​линиям магнитной индукции.

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

Если полюса магнита статичны (неподвижны), векторное произведение будет зависеть только от параметров электричества, в частности от того, в каком направлении оно течет.

Направление силы Ампера определяют по известному правилу левой руки: ладонь кладут против магнитных линий, а пальцы располагают вдоль проводника, по направлению тока. Направление силы Ампера указывает большой палец, который образует с ладонью прямой угол (см рис. 4).

Рис. 4. Толкование правила

Мысленно измените направление электрического тока, и вы увидите, что направление вектора силы Ампера изменится на противоположное. Модуль вектора имеет прямопропорциональную зависимость от всех факторов, но на практике эту величину удобно регулировать, изменяя параметры электрической цепи (например, регулировать мощность электродвигателя).

Немного истории

Первые попытки описания электромагнитной силы были предприняты уже в 18 веке. Ученые Генри Кавендиш и Тобиас Мейер предположили, что сила магнитных полюсов и электрически заряженных объектов подчиняется закону обратных квадратов. Однако экспериментальное доказательство этого факта не было полным и убедительным. Только в 1784 году Шарль Огюстен де Кулон смог с помощью своих крутильных весов окончательно доказать это предположение.

Читайте также: Виды реле для бытовых электрических сетей, их назначение и принцип работы

В 1820 году физик Эрстед открыл факт действия вольтового тока на магнитную стрелку компаса, и в том же году Андре-Мари Ампер смог вывести формулу угловой зависимости между двумя элементами тока. Фактически эти открытия стали основой современной концепции электрических и магнитных полей. Сама концепция получила дальнейшее развитие в теориях Майкла Фарадея, особенно в его концепции силовых линий. Лорд Кельвин и Джеймс Максвелл дополнили теории Фарадея подробным математическим описанием. В частности, Максвелл создал так называемое «уравнение поля Максвелла» — систему дифференциальных и интегральных уравнений, описывающую электромагнитное поле и его связь с электрическими зарядами и токами в вакууме и сплошных средах.

Дж. Дж. Томпсон был первым физиком, который попытался вывести из уравнения поля Максвелла электромагнитную силу, действующую на движущийся заряженный объект. В 1881 г он опубликовал свою формулу F = q/2 vx B. Однако из-за некоторых просчетов и неполного описания тока смещения она оказалась не совсем правильной.

И, наконец, в 1895 году голландский ученый Хендрик Лоренц вывел правильную формулу, которая используется до сих пор и также носит его имя, подобно тому как сила, действующая на летящую частицу в магнитном поле, теперь называется «силой Лоренца».

Примечания

1. (недоступная ссылка). Проверено 7 ноября 2012 г.
2. Этьен Кляйн, Марк Лашиз-Рей.
   В поисках единства: приключения физики. — Нью-Йорк: издательство Оксфордского университета, 1999. — С. 43-44. — ISBN 0-19-512085-X.
3. Роджер Дж. Ньютон.
   От часового механизма до Crapshoot: История физики. — Издательство Белкнап издательства Гарвардского университета, 2007. — С. 137. — ISBN 978-0-674-03487-7.
4. Максвелл, Джеймс Клерк.
   Диссертация по электричеству и магнетизму. — Оксфорд, 1904. — С. 173.
5. Савельев И.В. Курс общей физики: Учеб вознаграждение. В 3 т. Т. 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. — 3-е издание, ред. — М.: Наука. Ч изд. Физ.-мат лит., 1988. — 496 с.120

Сила Ампера (при использовании двух параллельных проводников)

Представьте себе два бесконечных проводника, расположенных на некотором расстоянии. По ним течет ток. Если ток течет в одном направлении, проводники притягиваются друг к другу. В противном случае они будут отвергать одного из одного. Поля, которые создают параллельные проводники, направлены противоположно друг другу. И чтобы понять, почему они так реагируют, нужно просто помнить, что подобные полюса магнитов или подобные заряды всегда отталкиваются друг от друга. Для определения стороны направления поля, создаваемого проводником, следует воспользоваться правилом правого винта.

Кратные и дольные единицы

Ампер – довольно крупная единица измерения. Его дольные единицы обозначаются префиксами, которые можно найти в Международной системе обозначений единиц СИ. На практике для обозначения ампер используется еще несколько единиц. Чтобы разложить ампер на доли или узнать, сколько малых величин в него входит, существует специальная программа – электронный калькулятор-конвертер.

Что такое электричество

Очень малые токи исчисляются тысячными долями ампера — миллиамперами (мА), это 1*10-3А. Еще меньшее значение этой величины указывается в микроамперах (мкА), это 1*10-6 А. С такими значениями работают электронные схемы современных гаджетов.

См. Также: Характеристики статического электричества

Отопительные, осветительные приборы и крупная бытовая техника пропускают по своим цепям токи силой 0,1 А и выше.

Интересно. Нервная система человека начинает реагировать на прохождение тока силой 0,5 мА. Значение выше 50 мА уже опасно для здоровья. Воздействие переменного тока силой 100 мА в течение 2-3 секунд смертельно.

Доли и кратные количества электроэнергии

При определении эталонных и калибровочных приборов необходимо было измерять взаимодействие пары катушек с обмотками из большого количества проводов очень малого сечения.

Влияние замкнутого контура

Используя закон Ампера, мы можем сделать вывод, каким будет магнитное поле замкнутой цепи. Например, вы можете расположить рамку вертикально в поле, линии поля которого выровнены сверху вниз.

Чтобы определить, какое направление будет иметь магнитная индукция в данной ситуации, следует также воспользоваться правилом левой руки. Так как ток в нижней части рамки направлен вправо, то руку надо расположить так, чтобы пальцы были направлены, если смотреть на рисунок, тоже вправо. При этом ладонь должна быть раскрыта. Большой палец в этой ситуации будет направлен от наблюдателя.

Применяя это правило к верхней части кадра, можно увидеть, что сила Ампера действует против наблюдателя. То есть раме придается вращательное движение. Но по мере приближения к горизонтальному положению эта сила уменьшается.

Если рама имеет инерцию и благодаря ей проскальзывает горизонтальное положение, вновь начнут действовать описанные выше силы: сначала слабо, а затем они будут увеличиваться при достижении рамой вертикального положения.

Тест по теме

1. /10 Вопрос 1 из 10

Проявление магнитного поля состоит в:

• нагревание вещества
• появление тока в диэлектрике
• взаимодействие с живым проводником
• появление электрических зарядов в организме

• Алма Кертме10/10

Связь с другими единицами СИ

Что такое амперы при подключении электрических устройств, можно увидеть на примерах:

• при силе тока 1 ампер (А) поперечное сечение проводника пропускает через себя заряд в 1 кулон (Кл) за одну секунду);
• при приложении к пластинам конденсатора емкостью 1 Ф напряжения в 1 ампер напряжение на пластинах будет возрастать, увеличиваясь каждую секунду на 1 В;
• емкость гальванических источников и аккумуляторов измеряется в ампер-часах (А*ч, или А*ч), 1 А*ч = 3660 Кл, это количество электричества протекает через проводник за 1 час;
• максимальная выходная мощность (Вт) выпрямителей или блоков питания — вторая по значимости характеристика таких источников, маркируется V*A;
• количество электричества в грозовом разряде около 500 килоампер (1 кА = 10³ А);
• лампа накаливания мощностью 0,1 киловатта (кВт) потребляет 0,5 А.

Обозначение числа ампер используется в случае автоматических выключателей и предохранителей.

Направление (устремление) силы Ампера

Для определения направления прибегают к правилу левой руки. Для этого нужно расположить раскрытую ладонь левой руки возле проводника таким образом, чтобы он включал в себя векторы индукции магнитного поля, а четыре раскрытых пальца показывали направление протекания тока.

В результате большой палец укажет, куда направлены силы Ампера и Лоренца.

Вспомним, как найти направление вектора магнитной индукции . Его находят с помощью правила правой руки: «сжать» проводник четырьмя пальцами правой руки, а большой палец разогнуть под углом 90 градусов так, чтобы показывает направление тока.

Будет интересно➡ Абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума

В результате четыре согнутых пальца будут рисовать круги вокруг проводника и указывать, как проходят линии магнитного поля.

Связь мощности и тока в трехфазной сети

Принцип расчета мощности и тока для трехфазных сетей остается прежним. Основное отличие заключается в незначительной модернизации расчетных формул, что позволяет в полной мере учесть особенности при построении данного вида электропроводки.

ПОПУЛЯРНО У ЧИТАТЕЛЕЙ: Датчик движения для включения света — устройство, принцип работы, схемы подключения

В качестве основного отношения традиционно принимается выражение:

W = 1,73*U*I, (4)

где U в данном случае — напряжение сети, т е. U = 380 В.

Из выражения (4) следует, что трехфазную сеть выгодно использовать в обоснованных случаях: при такой схеме подключения токовая нагрузка на отдельные провода в корень падает втрое с одновременным утроением отдаваемой мощности в корень нагрузка.

Для доказательства последнего факта достаточно заметить, что 380/220 = 1,73, и с учетом первого числового коэффициента получаем 1,73*1,73 = 3.

Приведенные выше правила подключения тока и мощности для трехфазной сети формулируются в следующем виде:

• один кВт соответствует 1,5 А потребляемого тока;
• один ампер соответствует мощности 0,66 кВт.

Укажем, что все сказанное справедливо применительно к случаю подключения нагрузки так называемой звездой, что чаще всего встречается на практике.

Также возможно соединение треугольником, что меняет правила расчета, но это достаточно редко, и в этой ситуации целесообразно обратиться к специалисту.

Читайте также: Продолжительность подключения (ПВ) сварочного аппарата: что это такое и на что влияет

Определение мощности по силе тока для однофазной сети

Необходимость выполнения данной процедуры чаще всего возникает при установке ограничений на максимальную мощность электроприбора, который можно подключить к той или иной розетке или группе розеток.

При нарушении этого ограничения возрастает риск возгорания, а декоративные пластиковые элементы розетки могут расплавиться из-за выделяющегося избыточного тепла.

Исходя из определений, которые описываются в математической форме выражениями (1) и (2), для нахождения мощности нужно просто умножить ток на напряжение.

Максимально допустимый ток ставится на розетку, и для большинства бытовых изделий этой разновидности обычно составляет 6 А.

Напряжение, подаваемое из сети в розетку, составляет 220 – 230 В. Таким образом, максимальная мощность составляет 1,3 кВт.

Отдельно укажем, что риск повредить розетку при подключении чрезмерно мощного устройства при правильно спроектированной бытовой электропроводке минимален.

ПОПУЛЯРНО СРЕДИ ЧИТАТЕЛЕЙ: Как электрический ток влияет на организм человека

Это полезное свойство обеспечивается:

• установка техники;
• использование вилок в мощных электроприборах, которые физически невозможно подключить к обычным розеткам (механическая блокировка).

Разновидностью механической блокировки можно считать довольно популярное прямое подключение мощного стационарного устройства (кондиционера, бойлера) к сети без использования розеток.

Применение в жизни

В электротехнике закон Ампера «играет» одну из важнейших «ролей». Обсудим случаи его применения на практике. Электропривод является основой практически любого бизнеса. Чтобы переместить или инициировать любой тип системы, например:

• электрические транспортные средства;
• трамваи;
• троллейбусы;
• автоматизированная трубопроводная арматура;
• подъемные механизмы;
• электротранспорт (электровозы на железной дороге) и другие,
• используются двигатели и электромагнитные приводы.

В результате помощи между обмотками ротора и статора сила заставляет двигатель вращаться.

Чтобы заставить обмотки вращаться, их либо коммутируют с помощью щеточного узла и коммутатора в двигателях постоянного тока, либо используют переменный ток.

Закон Ампера также нашел свое применение в громкоговорителях и громкоговорителях. Они осуществляют движение диафрагмы, на которую намотана медная проволока в магнитном поле постоянного магнита.

Его действие видно при коротких замыканиях на линиях электропередач. Там под воздействием сверхвысоких токов начинают гнуться провода и шины.

В рельсотроне рельсы раздвигаются в момент выстрела. Это предопределено по вышеуказанным причинам.

Измерительные приборы

Прямая зависимость силы тока от тока, проходящего по проводнику, позволяет строить электроизмерительные приборы.

Если рамку с током на пружинах поместить в магнитное поле, то угол поворота будет пропорционален току в рамке. Поэтому, пропуская через эту рамку исследуемый ток, можно оценить его величину. Так устроены электрические устройства магнитоэлектрической системы.

Рис. Единица магнитоэлектрической системы.

Электрический двигатель постоянного тока

Электродвигатель используется для преобразования энергии электрического тока в механическую энергию вращения вала двигателя. Принцип работы аналогичен описанному выше принципу работы электроизмерительного прибора магнитоэлектрической системы. Только в конструкции нет пружин, поэтому раму можно поворачивать на любой угол. Электроэнергия на раму, расположенную на валу и имеющую стальной сердечник, подается через специальные скользящие щеточные контакты (рис. 2.13).

Рис. Блок двигателя постоянного тока

Когда цепь питания двигателя замкнута, через петлю проходит ток, и она взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита или электромагнита и вращается до тех пор, пока плоскость не станет параллельной вектору магнитной индукции. Для того чтобы это стало возможным, необходимо изменить направление силы тока в нем, в результате чего сила Ампера, действующая на рамку с током в магнитном поле, изменит направление. В двигателе этот процесс осуществляется с помощью двух закрепленных графитовых металлических щеток и двух полуколец на валу, к которым присоединены концы рамы.

Будет интересно➡ Какие величины определяют комплексную диэлектрическую проницаемость?

На рис. 2.14-а показан момент, когда ток в якоре имеет такое направление, что полюса отталкиваются от одинаковых полюсов статора. После поворота на определенный угол якорь окажется в положении притяжения противоположных полюсов (рис. 2.14-6). За счет инерции якорь проходит это положение равновесия, а благодаря кольцам, которых касаются токоведущие щетки (рис. 2.14-в), направление тока в якоре меняется на противоположное и вращение якоря продолжается. (см рис. 2.14-а).

Схемы изображений, поясняющие работу коллекторного двигателя постоянного тока
В промышленных моделях электродвигателей постоянного тока ротор имеет несколько каркасов обмотки. Поэтому количество пар скользящих контактов в них больше: оно соответствует количеству обмоток. В общем такое устройство называется коллектором. В последних моделях двигателей постоянного тока роль коллектора выполняет специальное устройство с электронными устройствами.

Так, эффект силы Ампера нашел применение в различных технических устройствах: электроизмерительных приборах, электродвигателях и т д.

Проверочные задачи по теме: магнитное взаимодействие токов и сила Ампера

Упражнение 1. Докажите, что два параллельных проводника с током одного направления притягиваются друг к другу.

Анализ задачи:

Вокруг любого проводника с током существует магнитное поле, поэтому каждый из двух проводников находится в магнитном поле другого. На первый проводник действует сила Ампера от магнитного поля, создаваемого током во втором проводнике, и наоборот. Определив направление этих сил по правилу левой руки, мы узнаем, как ведут себя проводники.

Решение:

В ходе решения сделаем пояснительные рисунки: изобразим проводники А и В, покажем направление тока в них и т д.

Определим направление силы Ампера, действующей на проводник А, находящийся в магнитном поле проводника В.

1) С помощью правила буравчика определяем направление линий магнитной индукции магнитного поля, создаваемого проводником В (левый рисунок). Получается, что проводник А имеет направленные к нам магнитные линии (о).

2) Используя правило левой руки, определяем направление силы Ампера, действующей на проводник А, от магнитного поля проводника В.

3) Приходим к выводу: проводник А притягивается к проводнику Б.

Теперь найдем направление силы Ампера, действующей на проводник В, в магнитном поле проводника А.

1) Определите направление линий магнитной индукции магнитного поля, создаваемого проводником А (рисунок справа). Получается, что проводник В имеет магнитные линии, направленные от нас (о).

2) Определить направление силы Ампера, действующей на проводник В.

3) Приходим к выводу: проводник В притягивается к проводнику А.

Ответ: Два параллельных проводника, движущихся в одном направлении, притягиваются друг к другу.

Упражнение 2. Прямой проводник (стержень) длиной 0,1 м и массой 40 г помещен в горизонтальное однородное магнитное поле с индукцией 0,5 Тл. Стержень расположен перпендикулярно силовым линиям магнитного поля). С какой силой и в каком направлении нужно подавать ток в стержень, чтобы он не давил на опору (плавал в магнитном поле)?

Анализ задачи:

Стержень не будет давить на опору, если сила Ампера уравновешивает силу тяжести. Это произойдет при следующих условиях:

1. сила ампера будет действовать в направлении, противоположном силе тяжести (то есть вертикально вверх)
2. значение силы Ампера равно значению силы тяжести FA = Fgr

Направление тока определяется по правилу левой руки.

Решение:

Определим направление потока. Для этого левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь, а согнутый на 90° большой палец был направлен вертикально вверх. Четыре вытянутых пальца укажут направление от нас. Значит ток в проводнике должен быть направлен от нас.

Учтем, что FA = Ft. FA = BIlsina, где sina = 1; Fгр = мг

Из последнего выражения находим силу тока: I = мг/Бл

Проверим устройство, найдем значение нужной величины.

Ответ: I = 8 А; Сила ушла от нас.

Резюме

Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называется силой Ампера. Значение силы Ампера рассчитывается по формуле: FA= BIlsinα, где B — индукция магнитного поля; I — сила тока в проводнике; l — длина активной части проводника; α — угол между направлением вектора магнитной индукции и направлением тока в проводнике.

Для определения направления магнитной силы Ампера используется правило левой руки: если левая рука расположена так, что линии магнитного поля входят в ладонь, а четыре вытянутых пальца указывают направление тока в проводнике, то большой палец, согнутый на 90°, укажет направление силы Ампера.

Уравнения Максвелла

Часть закона Ампера о том, как электрические токи, источники магнитного поля, связаны с самим полем. Другими словами, это (наряду с законом магнетизма Гаусса) точно описывает картину, в которой электрические токи генерируют магнитные поля. Поправочная часть Максвелла важна, поскольку в ней утверждается, что магнитные поля возникают, когда электрические поля меняются со временем

Это важно еще и потому, что без него уравнения Максвелла не согласуются. При коррекции члена можно вывести формулы сохранения электрического заряда и предсказать существование электромагнитных волн, движущихся со скоростью

В понятной форме закон Ампера участвует в соответствии с линейностью уравнений Максвелла и, следовательно, всей теории классической электродинамики. Если вы возьмете два распределителя тока и объедините их, магнитное поле будет суммой магнитных полей, создаваемых каждой конфигурацией.

Элемент управления Максвелла по-прежнему линейен, а значит, и электромагнитные волны линейны. Они интерферируют друг с другом по принципу суперпозиции и проходят непосредственно друг через друга, не рассеиваясь.

Общие характеристики и практическая сторона использования громкоговорителей

Таблица перевода

В настоящее время можно без проблем преобразовывать значения в прямом и обратном порядке благодаря специальной таблице под названием «100 ампер сколько киловатт». С его помощью можно легко рассчитать необходимые значения. Это особенно полезно, когда вам нужно вычислить большие числа. Интересно, что сегодня существуют таблицы, рассчитывающие силу тока и энергию однофазного и трехфазного выключателя. Приведены стандартные данные для устройств, которые сегодня можно приобрести на рынке.

Вас заинтересует формулировка и определение закона Ома

Таблица перевода киловатт в ампер

Чтобы узнать необходимые данные, нужно воспользоваться приведенными выше формулами или воспользоваться таблицей перевода. Эти измеренные значения помогут рассчитать энергию, используемую тем или иным устройством, и произвести другие расчеты в области электричества.