Ampere-Gesetz

In diesem Artikel werden wir über das Ampere-Gesetz sprechen, eines der Grundgesetze der Elektrodynamik. Die Ampere-Kraft ist heute in vielen elektrischen Maschinen und Anlagen am Werk und dank der Ampere-Kraft wurden im 20. Jahrhundert Fortschritte im Zusammenhang mit der Elektrifizierung in vielen Bereichen der Produktion möglich. Das Amperesche Gesetz gilt bis heute und dient weiterhin treu der modernen Technik. Erinnern wir uns also daran, wem wir diesen Fortschritt verdanken und wie alles begann.

Im Jahr 1820 verkündete der große französische Physiker Andre Marie Ampère seine Entdeckung. Er sprach an der Akademie der Wissenschaften über das Phänomen der Wechselwirkung zweier stromdurchflossener Leiter: Leiter mit entgegengesetzten Strömen stoßen sich gegenseitig ab, bei Gleichströmen ziehen sie sich gegenseitig an. Ampere schlug auch vor, dass der Magnetismus vollständig elektrisch sei.

Der Wissenschaftler führte einige Zeit seine Experimente durch und bestätigte schließlich seine Annahme. Schließlich veröffentlichte er 1826 „The Theory of Electrodynamic Phenomena Derively from Experience“.Von diesem Zeitpunkt an wurde die Idee einer magnetischen Flüssigkeit als unnötig abgetan, da Magnetismus, wie sich herausstellte, durch elektrische Ströme verursacht wurde.

Ampere kam zu dem Schluss, dass Permanentmagnete auch elektrische Ströme im Inneren haben, kreisförmige molekulare und atomare Ströme senkrecht zur Achse, die durch die Pole eines Permanentmagneten verlaufen. Die Spule verhält sich wie ein Permanentmagnet, durch den der Strom spiralförmig fließt. Ampere erhielt das volle Recht, selbstbewusst zu behaupten: „Alle magnetischen Phänomene werden auf elektrische Wirkungen reduziert.“

Im Zuge seiner Forschungsarbeit entdeckte Ampere auch den Zusammenhang zwischen der Wechselwirkungskraft strömender Elemente und den Größen dieser Ströme, er fand auch einen Ausdruck für diese Kraft. Ampère wies darauf hin, dass die Wechselwirkungskräfte der Strömungen nicht so zentral seien wie die Gravitationskräfte. Die von Ampere abgeleitete Formel ist heute in jedem Lehrbuch der Elektrodynamik enthalten.

Ampere fand heraus, dass sich Ströme aus der entgegengesetzten Richtung abstoßen und Ströme aus der gleichen Richtung anziehen. Wenn die Ströme senkrecht sind, gibt es keine magnetische Wechselwirkung zwischen ihnen. Dies ist das Ergebnis der Untersuchung der Wechselwirkungen elektrischer Ströme als wahre Ursache magnetischer Wechselwirkungen durch den Wissenschaftler. Ampere entdeckte das Gesetz der mechanischen Wechselwirkung elektrischer Ströme und löste damit das Problem der magnetischen Wechselwirkungen.

Um die Gesetze zu klären, nach denen die Kräfte der mechanischen Wechselwirkung von Strömen mit anderen Größen zusammenhängen, ist es heute möglich, ein Experiment ähnlich dem Experiment von Ampere durchzuführen.Dazu wird ein relativ langer Draht mit Strom I1 ortsfest fixiert und ein kurzer Draht mit Strom I2 beweglich gemacht, zum Beispiel wird die Unterseite des beweglichen Rahmens mit Strom der zweite Draht sein. Der Rahmen ist mit einem Dynamometer verbunden, um die Kraft F zu messen, die auf den Rahmen wirkt, wenn die stromführenden Leiter parallel sind.

Das System ist zunächst ausgeglichen und der Abstand R zwischen den Drähten des Versuchsaufbaus ist deutlich kleiner im Vergleich zur Länge l dieser Drähte. Der Zweck des Experiments besteht darin, die Abstoßungskraft der Drähte zu messen.

Der Strom kann sowohl in stationären als auch in beweglichen Leitungen mithilfe von Rheostaten reguliert werden. Indem man den Abstand R zwischen den Drähten ändert und den Strom in jedem von ihnen ändert, kann man leicht Abhängigkeiten finden und sehen, wie die Stärke der mechanischen Wechselwirkung der Drähte vom Strom und vom Abstand abhängt.

Wenn der Strom I2 im beweglichen Rahmen unverändert bleibt und der Strom I1 im stationären Draht um eine bestimmte Anzahl zunimmt, erhöht sich die Kraft F der Wechselwirkung der Drähte um den gleichen Betrag. Ähnlich verhält es sich, wenn der Strom I1 im festen Draht unverändert bleibt und sich der Strom I2 im Rahmen ändert, dann ändert sich die Wechselwirkungskraft F auf die gleiche Weise wie wenn sich der Strom I1 im festen Draht bei konstantem Strom I2 ändert der Rahmen. Somit kommen wir zu der offensichtlichen Schlussfolgerung – die Wechselwirkungskraft der Drähte F ist direkt proportional zum Strom I1 und zum Strom I2.

Wenn wir nun den Abstand R zwischen den zusammenwirkenden Drähten ändern, stellt sich heraus, dass mit zunehmendem Abstand die Kraft F abnimmt und um den gleichen Faktor abnimmt wie der Abstand R.Somit ist die Kraft der mechanischen Wechselwirkung F der Drähte mit den Strömen I1 und I2 umgekehrt proportional zum Abstand R zwischen ihnen.

Durch Variation der Größe l des beweglichen Drahtes lässt sich leicht sicherstellen, dass die Kraft auch direkt proportional zur Länge der interagierenden Seite ist.

Als Ergebnis können Sie den Proportionalitätsfaktor eingeben und schreiben:

Mit dieser Formel können Sie die Kraft F ermitteln, mit der das von einem unendlich langen Leiter mit Strom I1 erzeugte Magnetfeld auf einen parallelen Abschnitt eines Leiters mit Strom I2 wirkt, wobei die Länge des Abschnitts l und R der Abstand ist zwischen den interagierenden Leitern. Diese Formel ist für das Studium des Magnetismus äußerst wichtig.

Das Aspektverhältnis kann als magnetische Konstante ausgedrückt werden als:

Dann nimmt die Formel die Form an:

Die Kraft F wird jetzt Amperesche Kraft genannt, und das Gesetz, das die Größe dieser Kraft bestimmt, ist das Amperesche Gesetz. Das Amperesche Gesetz wird auch als Gesetz bezeichnet, das die Kraft bestimmt, mit der ein Magnetfeld auf einen kleinen Abschnitt eines stromdurchflossenen Leiters einwirkt:

„Die Kraft dF, mit der das Magnetfeld auf das Element dl des Leiters mit einem Strom im Magnetfeld einwirkt, ist direkt proportional zur Stärke des Stroms dI im Leiter und dem Vektorprodukt des Elements mit der Länge dl des.“ Leiter und magnetische Induktion B «:

Die Richtung der Ampere-Kraft wird durch die Regel zur Berechnung des Vektorprodukts bestimmt, die man sich bequem anhand der Linken-Hand-Regel merken kann, die sich auf bezieht Grundgesetze der Elektrotechnik, und der Ampere-Kraftmodul kann nach der Formel berechnet werden:

Dabei ist Alpha der Winkel zwischen dem magnetischen Induktionsvektor und der Stromrichtung.

Offensichtlich ist die Ampere-Kraft maximal, wenn das Element des stromdurchflossenen Leiters senkrecht zu den magnetischen Induktionslinien B steht.

Dank der Kraft von Ampere funktionieren heute viele elektrische Maschinen, bei denen stromführende Drähte miteinander und mit einem elektromagnetischen Feld interagieren. Die meisten Generatoren und Motoren nutzen bei ihrer Arbeit auf die eine oder andere Weise Ampereleistung. Die Rotoren von Elektromotoren drehen sich aufgrund der Ampere-Kraft im Magnetfeld ihrer Statoren.

Elektrofahrzeuge: Straßenbahnen, elektrische Züge, Elektroautos – sie alle nutzen die Kraft von Ampere, um ihre Räder schließlich zum Drehen zu bringen. Elektrische Schlösser, Aufzugtüren usw. Lautsprecher, Lautsprecher – in ihnen interagiert das Magnetfeld der Stromspule mit dem Magnetfeld eines Permanentmagneten und bildet Schallwellen. Schließlich wird das Plasma in Tokamaks aufgrund der Ampere-Kraft komprimiert.