قوة امبير بين اثنين من الموصلات. تحديد الحث المجال المغناطيسي والتحقق من صيغة الأمبير

يعد قانون Ampere أحد أهم القوانين وأكثرها فائدة في الهندسة الكهربائية ، والتي بدونها لا يمكن التقدم العلمي والتقني. تم صياغة هذا القانون لأول مرة في عام 1820 بواسطة أندريه ماري أمبير. ويترتب على ذلك أن اثنين من الموصلات متوازيين مع بعضهما البعض ، من خلاله يتدفق التيار الكهربائي ، يجتذبان بعضهما البعض إذا تزامنت اتجاهات التيارات ، وإذا ما تدفقتا في اتجاهين متعاكسين ، فإن الموصلات تتنافر. يحدث التفاعل هنا من خلال المجال المغناطيسي ، والذي يحدث بشكل دائم عندما تتحرك الجسيمات المشحونة. رياضيا ، قانون امبير في شكل بسيط يشبه هذا:

F = BILsinα ،

حيث F هي قوة الأمبير (القوة التي تتنافر بها الموصلات أو تجذبها) ، حيث B هو الحث المغنطيسي ؛ أنا - القوة الحالية ؛ L هو طول الموصل. α هي الزاوية بين اتجاه التيار واتجاه الحث المغناطيسي.

أي عقد في الهندسة الكهربائية ، حيث في إطار عمل مجال كهرومغناطيسي هناك حركة من أي عناصر ، واستخدام قانون امبير. الأكثر انتشارًا والأكثر استخدامًا في جميع وحدات الإنشاءات الفنية ، حيث أن عملها باستخدام قانون Ampere هو محرك كهربائي ، أو مولد كهربائي.

إنه تحت تأثير قوة الأمبير الذي يدور الدوار ، حيث أن الجزء الثابت له يتأثر بالمجال المغناطيسي للجزء الثابت ، يتحرك في الحركة. تستخدم أي مركبات على الملف الكهربائي لتشغيل الأعمدة التي توجد عليها العجلات قوة الأمبير (الترام ، والسيارات الكهربائية ، والقطارات الكهربائية ، وما إلى ذلك). أيضا ، المجال المغناطيسي في حركة آليات قبعات كهربائية (أبواب كهربائية ، بوابات منزلقة ، أبواب المصاعد). بعبارة أخرى ، تعتمد أي أجهزة تعمل على الكهرباء والتي لها عقد دوارة على تشغيل قانون Ampere. كما يجد التطبيق في العديد من الأنواع الأخرى للهندسة الكهربائية ، على سبيل المثال ، في مكبرات الصوت.

في مكبر الصوت أو مكبر الصوت ، يتم استخدام مغناطيس دائم لإثارة غشاء يشكل اهتزازات صوتية. تحت تأثير حقل كهرومغناطيسي تم إنشاؤه بواسطة موصل قريب مع التيار ، يتأثر بقوة الأمبير ، والتي تتفاوت وفقًا للصوت المطلوب.

وجدت أمبيري ، التي تستكشف تأثير المجال المغناطيسي على الموصل مع التيار ، أن القوة المؤثرة على العنصر الحالي هي

حيث

عنصر موصل الحالي . الاتجاه المتجه

يتزامن مع اتجاه التيار. - الحث MT. اتجاه القوة وفقا لقاعدة اليد اليسرى أو وفقا لتعريف منتج ناقلات. يتم تحديد معامل القوة

زاوية

بين المتجهات

و .

نحن نعلم أن التيار يخلق مجالًا مغناطيسيًا ، وأيضًا أن المجال المغناطيسي الخارجي يؤثر على التيار ، لذلك من المثير للاهتمام أن نأخذ في الاعتبار موصلين متوازيين متوازيين من خلالهما يتدفق تياران و . كل من التيارات يخلق المجال المغناطيسي الخاص به ، والذي يؤثر على التيار الآخر. قوة هذا العمل هي قوة امبير.

السماح للتيار الأول بإنشاء حقل . في هذا المجال تعمل قوة الأمبير على التيار الثاني. . لأن الزاوية الحالية والميدان مباشرة ، ثم قوة الأمبير

حجم المجال المغناطيسي الناتجة عن التيار المباشر غير

حيث - المسافة بين التيارات (سوف نحصل على هذه الصيغة في المستقبل). ثم يتم تحديد القوة المؤثرة على التيار الثاني بواسطة التيارات

وبالمثل ، يمكنك العثور على تعبير للقوة التي تعمل على التيار الأول من التيار الثاني.

نلاحظ أن القوى متساوية في الحجم ، ولكنها موجهة في اتجاهين متعاكسين.

حجم قوة التفاعل من التيارين

.

اثنين من التيارات الموجهة بالتساوي تجذب بعضها البعض. تيارات في الاتجاهات المعاكسة تتنافر.

قوة لورنتز

لأن نظرًا لأن التيار هو حركة موجهة من الشحنات ، تعمل القوة على الشحن المتحرك من الحقل المغناطيسي الخارجي. تلقت لورينز صيغة للقوة التي تعمل على شحنة نقطة متحركة. من المجال المغناطيسي .

(1)

- معدل الشحن. اتجاه قوة لورنتز ل

تحدد وفقا لقاعدة اليسار ، أو وفقا لمنتج ناقلات. معامل قوة لورنتز يساوي

إلى

القوة هي صفر. عندما تكون الزاوية القوة هي حجمها

. وهكذا قوة لورنتز تتغير بسرعة في الاتجاه فقط. وبالتالي ، فإن المجال المغناطيسي لا يعمل على جسيم متحرك متحرك. عندما ، إلى جانب المجال المغناطيسي ، هناك حقل كهربائي ، مجموع قوة لورنتز

لديه المظهر

. (2)

النظر في حركة الجسيمات نقطة مشحونة في مجال مغناطيسي موحد. سمح

. في هذه الحالة ، فإن حجم قوة لورنتز يساوي

. في هذه الحالة ، يبقى الجسيم دائمًا في المستوى العمودي على المجال المغناطيسي. بما أن السرعة لا تتغير من حيث الحجم ، فالمحيط هو مسار الحركة. بما أن الجسيم يتحرك في دائرة عليه ، بالإضافة إلى قوة لورنتز ، فإن قوة الجاذبية تعمل. لأي نقطة من مسار المساواة يتم تنفيذ القوى.

. من هنا نجد نصف قطر الدائرة

. فترة الدوران

. بالنسبة للجسيمات غير النسبية ، لا تعتمد الفترة على السرعة. يكمن سلوك الجسيم في MP في تصميم المسرعات. من أجل الاتجاه العشوائي لسرعة الجسيم واتجاه المجال المغناطيسي ، يمكن تحريك السرعة إلى مكونات متوازية ومعمارية:

. في هذه الحالة ، يتم تحديد نصف قطر الدائرة بواسطة :

. لهذه الفترة سوف يمر الجسيم المسافة على طول الحقل على قدم المساواة

. إذا أضفنا هذين الحركتين ، نحصل على مسار ، وهو حلزون أو حلزون مع خطوة

حيث

- الزاوية بين السرعة والمجال المغناطيسي. دع المجال المغناطيسي غير منتظم ، زاوية

والميدان تنمو نحو ثم و انخفاض مع النمو . يعتمد هذا التأثير على تركيز الجزيئات المشحونة في المجال المغناطيسي.

في القرن الحادي والعشرين ، يبدو أن جميع قوانين الطبيعة قد تم الكشف عنها. المغناطيسية والكهرباء والعالم الجزيئي والذري هو كتاب مفتوح. وفي الوقت نفسه ، فإن العديد من القوانين ، التي اكتشفت منذ أكثر من مائة عام ، لا تفقد أهميتها حتى يومنا هذا ، كونها أساس عمل العديد من الموضوعات المألوفة. بادئ ذي بدء ، نحن نتحدث عن الكهرباء. لم يذكر اسم أندريه أمبير ، الفيزيائي والمخترع الفرنسي ، اسم القانون الفيزيائي فحسب ، بل إنه معروف أيضًا على نطاق واسع للفيزيائيين وتلاميذ المدارس في جميع أنحاء العالم بسبب الظاهرة التي وصفها.

في عام 1820 ، على أساس تفاعل الإبرة المغناطيسية والتيار الكهربائي المتدفق عبر السلك الذي وصفه أورستد ، قام Ampere بعمل أهم اكتشاف ، يسمى قانون Ampere. تنص صياغة ذلك بإيجاز على ما يلي:

يمر التيار الكهربائي في اتجاه واحد من خلال اثنين من الموصلات مرتبة متوازية مع بعضها البعض يؤدي إلى تنافرهم المتبادل. يمر بها في اتجاهات مختلفة ، أشياء أخرى متساوية ، يسبب الجذب المتبادل بين اثنين من الموصلات.

بالإضافة إلى هذه الاستنتاجات ، التي تظهر بالعين المجردة ، فإن قانون Ampere يتضمن عددًا من المفاهيم التي تم اكتشافها من قبل نفس الباحث في نفس الوقت.

في ختام سلوك اثنين من الموصلات عندما يتم تمرير تيار من خلالهم في اتجاهات مختلفة ، بدأ العالم الفرنسي في التحقيق في القوى التي تضمن سلوكهم. كان منطق المنطق بسيطًا: فالتيار الكهربائي الذي يمر عبر الموصل يخلق ، بشكل مجازي ، يمكن تمثيله كدوائر متحدة المركز تؤطر المقطع العرضي للموصل. موصل آخر ، شريطة أن يكون موازيا لأول والمسافة بينهما صغير ، يقع في منطقة تأثير المجال المغناطيسي ، ونتيجة لذلك يتم تشكيل القوة التي تعمل على ذرات الموصل وتضعها في الحركة. يسمح قانون Ampere أيضًا بتفسير الملاحظات الملحوظة:

• المجال المغناطيسي هو نتيجة لتدفق أي تيار كهربائي ؛
• المجال المغناطيسي يؤثر على نقل الشحنات الكهربائية.

بناءً على التجربة التي تم إجراؤها والنتائج التي تم الحصول عليها ، ربط أندريه أمبير القوى والظواهر التي تؤثر على الموصلات في الوقت الذي يمر فيه التيار الكهربائي من خلالهم ، وبالتالي يمكن تمثيل قانون الأمبير بالمعادلة التالية:

F = IBL sin a.

حيث F هي قوة Ampere ، أي القوة التي تعمل على موصل مع تيار في مجال مغناطيسي ؛

أنا  - القوة الحالية

ل- طول الموصل

B- وحدة النقل الحث المغناطيسي ؛

الخطيئة- جيب الزاوية المتكونة بين المتجه والموصل.

يقع موصل موقوف أفقيا بحرية في حقل مغناطيس حدوة الحصان. يتركز مجال المغناطيس أساسا بين أقطابه ، وبالتالي فإن القوة المغناطيسية تعمل عمليا فقط على جزء من الموصل الذي يقع مباشرة بين القطبين. يتم قياس القوة باستخدام مقاييس خاصة متصلة بموصل بواسطة قضيبين. يتم توجيهه بشكل أفقي عموديًا على الموصل وخطوط الحث المغناطيسي.

عن طريق زيادة القوة الحالية من قبل مرتين ، يمكنك أن ترى أن القوة التي تعمل على موصل يزيد أيضا بنسبة 2 مرات. إضافة مغناطيس آخر ، 2 أضعاف حجم المساحة التي يوجد بها مجال مغناطيسي ، وبالتالي زيادة 2 مرات في طول جزء الموصل ، الذي يعمل فيه المجال المغناطيسي. قوة يزيد أيضا من قبل 2 مرات. وأخيرًا ، تعتمد قوة الأمبير على الزاوية التي شكلها المتجه. ال تصل القوة إلى الحد الأقصى لقيمة F تي

وبالتالي ، فإن القوة القصوى التي تعمل على قسم من الموصل بطول طوله التدفقات الحالية تتناسب طرديا مع ناتج التيار الأول وطول القسم: ~.

عن طريق زيادة القوة الحالية من قبل مرتين ، يمكنك أن ترى أن القوة التي تعمل على موصل يزيد أيضا بنسبة 2 مرات. بإضافة مغناطيس آخر ، سنضاعف حجم المساحة التي يوجد بها مجال مغناطيسي ، وبالتالي مضاعفة طول جزء الموصل الذي يعمل عليه المجال المغناطيسي. قوة يزيد أيضا من قبل 2 مرات. وأخيرًا ، تعتمد قوة الأمبير على الزاوية التي شكلها المتجه. المع موصل. يمكنك التأكد من ذلك عن طريق تغيير منحدر الحامل الذي توجد فيه المغناطيسات ، بحيث تتغير الزاوية بين الموصل وخطوط الحث المغنطيسي. تصل القوة إلى الحد الأقصى لقيمة P تي عندما الحث المغناطيسي هو عمودي على الموصل.

لذا ، فإن القوة القصوى التي تعمل على جزء من موصل طول A / ، والذي من خلاله التدفقات الحالية ، تتناسب طرديا مع ناتج القوة / الطول الحالي للقسم D /: / 7 t ~ / L /.

الوحدة النمطية لناقل الحث المغناطيسي هي نسبة القوة القصوى التي تعمل من المجال المغنطيسي إلى قسم الموصل مع التيار لمنتج التيار وطول هذا القسم:

يتميز المجال المغناطيسي تماما عن طريق ناقل الحث المغناطيسي. V.في كل نقطة من المجال المغناطيسي ، يمكن تحديد اتجاه ناقل الحث المغناطيسي ووحدته عن طريق قياس القوة التي تعمل على قسم الموصل مع التيار.

\u003e وحدة الطاقة أمبير

اسمحوا ناقل الحث المغناطيسي اليجعل زاوية مع اتجاه القطعة للموصل مع التيار. تظهر التجربة أن المجال المغناطيسي الذي يتم توجيه موجهه الاستحثالية على طول الموصل مع التيار ليس له أي تأثير على التيار. لذلك ، يعتمد معامل القوة فقط على معامل المتجه المكون في،عمودي على الموصل ، أي من ، ولا تعتمد على المكون المتوازي للمتجه التوجه على طول موصل.

القوة القصوى للأمبير هي:

لها يتوافق. بالنسبة لقيمة زاوية اعتباطية ، تكون القوة متناسبة مع لا , والمكون. لذلك ، فإن التعبير عن معامل القوة F،تعمل على جزء صغير من الموصل من خلالها التدفقات الحالية أنا، من جانب المجال المغناطيسي مع الاستقراء ، الذي يشكل الزاوية مع العنصر الحالي ، يبدو كالتالي:

هذا التعبير يسمى قانون امبير.

قوة الأمبير مساوية لمنتج ناقل الحث المغناطيسي بواسطة الأمبير ، وطول مقطع الموصل وجزء الزاوية بين الحث المغناطيسي وقسم الموصل.

\u003e اتجاه قوة الأمبير

في التجربة المذكورة أعلاه ، يكون المتجه عموديًا على العنصر الحالي والمتجه . يتم تحديد اتجاهه من خلال قاعدة اليد اليسرى:

إذا تم وضع اليد اليسرى بحيث يتم توجيه مكون المتحرك الحث المغناطيسي B المتعامد مع الموصل بالراحة وأربعة أصابع ممدودة في اتجاه التيار ، عندئذ سيظهر عزم الإبهام بمقدار 90 ° اتجاه القوة التي تعمل على جزء الموصل

إلى وحدة الحث المغناطيسي يمكن اتخاذها الحث المغناطيسي من حقل موحد ، والذي طول الموصل1 م مع تيار فيه1 أ يتصرف من أقصى قوة المجال F م = 1 ن.

وحدة الحث المغناطيسي يسمى تسلاتكريما للمهندس الكهربائي اليوغوسلافي ن. تسلا.

استناداً إلى قياس القوة التي تعمل من المجال المغناطيسي على قسم الموصل مع التيار ، من الممكن تحديد حجم ناقل الحث المغناطيسي.