Приложение на действието на силата на Ампер в технологиите

През 1820 г. датският физик Ханс Кристиан Ерстед направи фундаментално откритие: магнитната игла на компас се отклонява от проводник с постоянен електрически ток. Така ученият установи в експеримент, че магнитното поле на тока е насочено точно перпендикулярно на тока, а не успоредно на него, както може да се предположи.

Френският физик Андре-Мари Ампер беше толкова вдъхновен от демонстрацията на експеримента на Ерстед, че реши да продължи самостоятелно изследванията си в тази посока.

Ампер успя да установи, че не само магнитната игла се отклонява от проводника с ток, но и два паралелни проводника, през които протичат постоянни токове, могат или взаимно да се привличат, или да се отблъскват — в зависимост от това в кои посоки се движат един спрямо друг токовете в тези проводници.

Оказа се, че електрически ток произвежда магнитно поле, а магнитното поле вече действа върху друг ток. Ампер заключава, че проводник с ток също действа върху постоянен магнит (стрелка) само защото много микроскопични токове също текат вътре в магнита по затворени пътеки и на практика, въпреки че магнитните полета си взаимодействат, източниците на тези магнитни полета, токове, са отблъснат. Няма да има магнитно взаимодействие без токове.

В резултат на това през същия 1820 г. Ампер открива закона, според който взаимодействат постоянните електрически токове. Проводници с токове, насочени в една посока — взаимно се привличат, а проводници с противоположно насочени токове — се отблъскват (виж — Законът на Ампер).

В резултат на експерименталната си работа Ампер установи, че силата, действаща върху проводник с ток, поставен в магнитно поле, линейно зависи както от величината на тока I в проводника, така и от величината на индукцията В на магнитното поле в който е поставен този проводник.

Законът на Ампер може да бъде формулиран по следния начин. Силата dF, с която магнитното поле действа върху токов елемент dI, разположен в магнитно поле с индукция B, е правопропорционално на тока и векторното произведение на дължината на проводящия елемент dL от магнитната индукция B.

Посоката на силата на Ампер може да се определи чрез лявото правило. Тази сила е най -голяма, когато проводникът е перпендикулярен на линиите на магнитната индукция. По принцип силата на Ампер за проводник с дължина L с ток I, поставен в магнитно поле с индукция B под ъгъл алфа спрямо силовите линии на магнитното поле, е равен на:

Днес може да се твърди, че всички електрически компоненти, в които електромагнитно действие задвижва елемент в механично движение, използват силата на Ампер.

Принципът на действие на електромеханичните машини се основава именно на тази сила, nнапример, в електродвигател… Във всеки момент от време, по време на работа на електродвигателя, част от намотката на неговия ротор се движи в магнитното поле на тока на част от намотката на статора. Това е проява на силата на Ампер и закона на Ампер за взаимодействието на токовете.

Този принцип е може би най -често срещаният в електродвигателите, където електрическата енергия се превръща по този начин в механична.

Генераторът по принцип е същият електродвигател, реализиращ само обратната трансформация: механичната енергия се превръща в електрическа (виж — Как работят генераторите за променлив и постоянен ток?).

В мотора намотката на ротора, през която протича токът, изпитва действието на силата на Ампер от магнитното поле на статора (по което токът с желаната посока също действа в този момент) и по този начин роторът на двигателя влиза в ротация движение, въртене на вала с товара.

Електрическите автомобили, трамваи, електрически влакове и други електрически превозни средства изпитват въртене на колелата благодарение на вал, който се върти под действието на силата на Ампера в задвижващ двигател с променлив или постоянен ток. Двигателите с променлив и постоянен ток използват амперна мощност.

Електрическите брави (врати на асансьори, порти и т.н.) работят по същия начин, с една дума — всички механизми, при които електромагнитното действие води до механично движение.

Например, в високоговорител, който произвежда звук в високоговорителите на високоговорител, мембраната вибрира, защото намотката, носеща ток, се отблъсква от магнитното поле на постоянния магнит, около който е инсталирана. Така се образуват звукови вибрации — силата на Ампера е променлива (тъй като токът в намотката се променя с честотата на звука, който трябва да бъде възпроизведен) изтласква дифузора, генерирайки звук.

Електрическите измервателни уреди на магнитоелектрическата система (например аналогови амперметри) включват инсталирана подвижна телена рамка между полюсите на постоянен магнит… Рамката е окачена на спирални пружини, през които измереният електрически ток преминава през това измервателно устройство, всъщност — през рамката.

Когато токът преминава през рамката, силата на Ампера, пропорционална на величината на дадения ток, действа върху нея в магнитното поле на постоянен магнит, следователно рамката се завърта, деформирайки пружините. Когато силата на Ампера е балансирана от силата на пружината, рамката спира да се върти и в този момент могат да се отчитат показанията.

Към рамката е свързана стрелка, сочеща градуираната скала на измервателното устройство. Ъгълът на отклонение на стрелката се оказва пропорционален на общия ток, преминал през рамката. Рамката обикновено се състои от няколко завоя (вижте — Уред за амперметър и волтметър).