Ứng dụng lực Ampe trong kỹ thuật

Năm 1820, nhà vật lý người Đan Mạch Hans Christian Oersted đã có một khám phá cơ bản: kim nam châm của la bàn bị lệch bởi một sợi dây mang dòng điện một chiều. Do đó, nhà khoa học đã phát hiện ra trong một thí nghiệm rằng từ trường của dòng điện hướng chính xác vuông góc với dòng điện chứ không phải song song với nó như người ta có thể giả định.

Nhà vật lý người Pháp Andre-Marie Ampere đã được truyền cảm hứng từ việc chứng minh thí nghiệm của Oersted đến mức ông quyết định tự mình tiếp tục nghiên cứu theo hướng này.

Ampere đã có thể chứng minh rằng không chỉ một kim nam châm bị lệch bởi một dây dẫn mang dòng điện, mà hai dây dẫn song song mang dòng điện một chiều có thể hút hoặc đẩy nhau—tùy thuộc vào hướng chúng chuyển động so với nhau mà các dòng điện trong các dây dẫn này Dây điện.

Hóa ra dòng điện tạo ra từ trường và từ trường đã tác dụng lên dòng điện khác.Ampere kết luận rằng một dây dẫn mang dòng điện cũng tác dụng lên một nam châm vĩnh cửu (mũi tên) chỉ bởi vì nhiều dòng điện cực nhỏ cũng chạy bên trong nam châm theo những đường kín, và trong thực tế, mặc dù các từ trường tương tác với nhau, nguồn gốc của các từ trường này, các dòng điện , bị đẩy lùi. Sẽ không có tương tác từ trường nếu không có dòng điện.

Kết quả là vào cùng năm 1820, Ampere đã phát hiện ra định luật tương tác giữa các dòng điện trực tiếp. Các dây dẫn có dòng điện chạy theo một hướng thì hút nhau và các dây dẫn có dòng điện ngược chiều thì đẩy nhau (xem - Định luật Ampe).

Kết quả của công việc thí nghiệm của mình, Ampere đã phát hiện ra rằng lực tác dụng lên một dây dẫn mang dòng điện đặt trong một từ trường phụ thuộc tuyến tính cả vào độ lớn của dòng điện I trong dây và độ lớn của cảm ứng B của từ trường. trong đó dây này được đặt.

Định luật Ampe có thể được xây dựng như sau. Lực dF mà từ trường tác dụng lên phần tử dòng điện dI nằm trong từ trường có cảm ứng B tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện và tích vectơ độ dài của phần tử dẫn điện dL với cảm ứng từ B.

Chiều của lực Ampe có thể được xác định bằng quy tắc bàn tay trái. Lực này lớn nhất khi ống dây vuông góc với các đường cảm ứng từ. Theo nguyên tắc, cường độ ampe đối với dây dẫn có chiều dài L mang dòng điện I đặt trong từ trường đều có cảm ứng từ B hợp với đường sức từ một góc alpha bằng:

Ngày nay, có thể lập luận rằng tất cả các thành phần điện trong đó tác động điện từ khiến một phần tử chuyển động cơ học đều sử dụng lực Ampe.

Nguyên lý hoạt động của máy cơ điện chính xác dựa trên lực này, ví dụ, trong một động cơ điện… Tại bất kỳ thời điểm nào, trong quá trình hoạt động của động cơ điện, một phần của cuộn dây rôto của nó chuyển động trong từ trường của dòng điện của một phần cuộn dây stato. Đây là biểu hiện của lực Ampe và định luật Ampe về sự tương tác của các dòng điện.

Nguyên tắc này có lẽ là phổ biến nhất trong động cơ điện, trong đó năng lượng điện do đó được chuyển đổi thành năng lượng cơ học.

Về nguyên tắc, máy phát điện là cùng một động cơ điện, chỉ thực hiện quá trình biến đổi ngược lại: năng lượng cơ học được chuyển đổi thành năng lượng điện (xem — Máy phát điện AC và DC hoạt động như thế nào?).

Trong động cơ, cuộn dây rôto, qua đó dòng điện chạy qua, chịu tác động của lực Ampe từ từ trường stato (dòng điện có hướng mong muốn cũng tác động vào thời điểm này) và do đó rôto của động cơ đi vào. một chuyển động quay, quay của trục với tải.

Xe điện, xe điện, tàu điện và các loại xe điện khác quay bánh xe nhờ một trục quay dưới tác dụng của lực Ampe trong động cơ truyền động AC hoặc DC. Động cơ AC và DC sử dụng ampe.

Nói một cách dễ hiểu, khóa điện (cửa thang máy, cổng, v.v.) hoạt động theo cùng một cách - tất cả các cơ chế trong đó tác động điện từ dẫn đến chuyển động cơ học.

Ví dụ, trong loa phát ra âm thanh trong loa của loa, màng rung do cuộn dây mang dòng điện bị đẩy bởi từ trường của nam châm vĩnh cửu xung quanh mà nó được lắp đặt.Do đó, các rung động âm thanh được hình thành — Cường độ dòng điện có thể thay đổi (do dòng điện trong cuộn dây thay đổi theo tần số của âm thanh được tái tạo) đẩy bộ khuếch tán, tạo ra âm thanh.

Dụng cụ đo điện của hệ thống điện từ (ví dụ: ampe kế tương tự) bao gồm một khung dây có thể tháo rời được lắp đặt giữa hai cực của nam châm vĩnh cửu… Khung được treo trên các lò xo xoắn ốc, qua đó dòng điện đo được đi qua thiết bị đo này, trên thực tế, qua khung.

Khi dòng điện đi qua khung, lực Ampe, tỷ lệ với độ lớn của dòng điện đã cho, tác dụng lên nó trong từ trường của một nam châm vĩnh cửu, do đó khung quay, làm lò xo biến dạng. Khi lực Ampe được cân bằng bởi lực lò xo, khung bezel ngừng quay và tại thời điểm đó có thể đọc số đọc.

Một mũi tên được kết nối với khung, chỉ vào thang chia độ của thiết bị đo. Góc lệch của mũi tên tỷ lệ thuận với tổng dòng điện chạy qua khung. Khung thường bao gồm một số lượt (xem — Thiết bị ampe kế và vôn kế).