Amper Yasası
Bu yazımızda elektrodinamiğin temel kanunlarından biri olan Ampere kanunundan bahsedeceğiz. Amper kuvveti bugün birçok elektrikli makine ve tesisatta iş başında ve 20. yüzyılda Amper kuvveti sayesinde birçok üretim alanında elektrifikasyonla ilgili ilerlemeler mümkün oldu. Ampere yasası bugüne kadar kararlıdır ve modern mühendisliğe sadakatle hizmet etmeye devam etmektedir. Öyleyse bu ilerlemeyi kime borçlu olduğumuzu ve her şeyin nasıl başladığını hatırlayalım.
1820'de büyük Fransız fizikçi Andre Marie Ampere keşfini duyurdu. Bilimler Akademisi'nde akım taşıyan iki iletkenin etkileşimi olgusu hakkında konuştu: zıt akımlara sahip iletkenler birbirlerini iter ve doğru akımlarla birbirlerini çekerler. Ampere ayrıca manyetizmanın tamamen elektriksel olduğunu öne sürdü.
Bilim adamı bir süre deneylerini yürüttü ve sonunda varsayımını doğruladı. Son olarak, 1826'da Yalnızca Deneyimden Türetilen Elektrodinamik Olaylar Teorisi'ni yayınladı.O andan itibaren, manyetizmanın elektrik akımlarından kaynaklandığı ortaya çıktığı için, manyetik sıvı fikri gereksiz görülerek reddedildi.
Ampere, kalıcı mıknatısların içinde de elektrik akımları, kalıcı bir mıknatısın kutuplarından geçen eksene dik dairesel moleküler ve atomik akımlar olduğu sonucuna vardı. Bobin, akımın spiral şeklinde aktığı kalıcı bir mıknatıs gibi davranır. Amper, kendinden emin bir şekilde şunu iddia etme hakkını aldı: "tüm manyetik olaylar elektriksel eylemlere indirgenir."
Ampere, araştırma çalışmaları sırasında akım elemanlarının etkileşim kuvveti ile bu akımların büyüklükleri arasındaki ilişkiyi de keşfetti, ayrıca bu kuvvet için bir ifade buldu. Ampère, akımların etkileşim kuvvetlerinin yerçekimi kuvvetleri gibi merkezi olmadığına dikkat çekti. Ampere'in türettiği formül bugün elektrodinamikle ilgili her ders kitabında yer almaktadır.
Ampere, zıt yönden gelen akımların birbirini ittiğini ve aynı yönden gelen akımların çektiğini, eğer akımlar dik ise aralarında manyetik etkileşim olmadığını buldu. Bu, bilim adamının manyetik etkileşimlerin gerçek temel nedenleri olarak elektrik akımlarının etkileşimlerini araştırmasının sonucudur. Ampere, elektrik akımlarının mekanik etkileşim yasasını keşfetti ve böylece manyetik etkileşimler sorununu çözdü.
Akımların mekanik etkileşim kuvvetlerinin diğer niceliklerle ilişkili olduğu yasaları açıklığa kavuşturmak için bugün Ampere'nin deneyine benzer bir deney yapmak mümkündür.Bunu yapmak için, I1 akımına sahip nispeten uzun bir tel sabit olarak sabitlenir ve I2 akımına sahip kısa bir tel hareketli hale getirilir, örneğin, hareketli çerçevenin alt tarafı ikinci tel olacaktır. Çerçeve, canlı iletkenler paralel olduğunda çerçeveye etki eden F kuvvetini ölçmek için bir dinamometreye bağlanır.
Başlangıçta sistem dengelidir ve deney düzeneğinin telleri arasındaki R mesafesi, bu tellerin l uzunluklarına kıyasla önemli ölçüde daha küçüktür. Deneyin amacı, tellerin itme kuvvetini ölçmektir.
Hem sabit hem de hareketli tellerdeki akım, reostalar kullanılarak düzenlenebilir. Teller arasındaki R mesafesini değiştirerek, her birindeki akımı değiştirerek, bağımlılıkları kolayca bulabilir, tellerin mekanik etkileşiminin gücünün akıma ve mesafeye nasıl bağlı olduğunu görebilirsiniz.
Hareketli çerçevedeki akım I2 değişmezse ve sabit teldeki akım I1 belirli sayıda artarsa, tellerin etkileşiminin F kuvveti aynı miktarda artacaktır. Benzer şekilde, sabit teldeki I1 akımı değişmezse ve çerçevedeki I2 akımı değişirse durum gelişir, ardından etkileşim kuvveti F, sabit bir I2 akımıyla sabit teldeki I1 akımı değiştiğinde olduğu gibi aynı şekilde değişir. çerçeve. Böylece bariz sonuca varıyoruz - F tellerinin etkileşim kuvveti, akım I1 ve akım I2 ile doğru orantılıdır.
Şimdi etkileşen teller arasındaki R mesafesini değiştirirsek, bu mesafe arttıkça F kuvvetinin R mesafesiyle aynı faktör kadar azaldığı ve azaldığı ortaya çıkar.Bu nedenle, tellerin I1 ve I2 akımları ile F mekanik etkileşiminin kuvveti, aralarındaki mesafe R ile ters orantılıdır.
Hareket edebilen telin l boyutunu değiştirerek, kuvvetin etkileşen tarafın uzunluğu ile de doğru orantılı olmasını sağlamak kolaydır.
Sonuç olarak, orantılılık faktörünü girebilir ve şunu yazabilirsiniz:
Bu formül, I1 akımına sahip sonsuz uzun bir iletken tarafından üretilen manyetik alanın I2 akımına sahip bir iletkenin paralel bir bölümüne etki ettiği F kuvvetini bulmanızı sağlarken, bölümün uzunluğu l ve R mesafedir etkileşen iletkenler arasında. Bu formül, manyetizma çalışmasında son derece önemlidir.
En boy oranı, manyetik sabit cinsinden şu şekilde ifade edilebilir:
Ardından formül şu şekli alacaktır:
F kuvvetine artık Ampere kuvveti denir ve bu kuvvetin büyüklüğünü belirleyen yasa Ampere yasasıdır. Ampere yasası, akım taşıyan bir iletkenin küçük bir bölümüne manyetik alanın etki ettiği kuvveti belirleyen yasa olarak da adlandırılır:
«Manyetik alanın manyetik alanda bir akımla iletkenin dl elemanına etki ettiği kuvvet dF, iletkendeki dI akımının gücü ve dl uzunluğundaki elemanın vektör ürünü ile doğru orantılıdır. iletken ve manyetik indüksiyon B «:
Ampere kuvvetinin yönü, vektör çarpımını hesaplama kuralı tarafından belirlenir; bu, ilgili sol el kuralını kullanarak hatırlamaya uygundur. elektrik mühendisliğinin temel yasalarıve Amper kuvveti modülü aşağıdaki formülle hesaplanabilir:
Burada alfa, manyetik indüksiyon vektörü ile akım yönü arasındaki açıdır.
Açıkçası, akım taşıyan iletkenin elemanı manyetik indüksiyon B çizgilerine dik olduğunda Amper kuvveti maksimumdur.
Ampere'nin gücü sayesinde, günümüzde akım taşıyan tellerin birbirleriyle ve bir elektromanyetik alanla etkileşime girdiği birçok elektrikli makine çalışmaktadır. Jeneratörlerin ve motorların çoğu, işlerinde bir şekilde Amper gücü kullanır. Elektrik motorlarının rotorları, Ampere kuvveti nedeniyle statorlarının manyetik alanında döner.
Elektrikli araçlar: tramvaylar, elektrikli trenler, elektrikli arabalar - hepsi sonunda tekerleklerini döndürmek için Ampere'in gücünü kullanır. Elektrikli kilitler, asansör kapıları vb. Hoparlörler, hoparlörler - içlerinde mevcut bobinin manyetik alanı, kalıcı bir mıknatısın manyetik alanı ile etkileşerek ses dalgaları oluşturur. Son olarak plazma, Ampere'nin kuvveti nedeniyle tokamaklarda sıkıştırılır.