Физик ампер и его закон – Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Правило буравчика. Закон Ампера и сила Ампера. Сила Лоренца. Правило левой руки. Электромагнитная индукция, магнитный поток, правило Ленца, закон электромагнитной индукции, самоиндукция, энергия магнитного поля

Содержание

биография физика, интересные факты, открытия

Андре-Мари Ампер (фр. Andre-Marie Ampere, 1775-1836) – известнейший французский ученый, прославившийся своими открытиями в области физики, математики и естествознания. Был избран членом многих Академий наук, в том числе Парижской и Петербургской. Ампер – автор теории, объясняющей связь электрических и магнитных явлений, выдвинул гипотезу о происхождении магнетизма и ввел в научный оборот термины «электрический ток» и «электродинамика». Ученому принадлежит открытие воздействия магнитного поля Земли на проводники с током, находящиеся в движении.

Андре-Мари Ампер

Андре-Мари Ампер

Содержание статьи

Детские годы

Андре Мари Ампер был рожден в Лионе 22 января 1775 года. Его родители были потомственными ремесленниками и несмотря на свое рабочее происхождение имели довольно высокий культурный уровень. Отец будущего ученого Жан Жак Ампер имел хорошее образование, говорил на нескольких древних языках, имел богатую библиотеку и увлекался трудами популярных в то время просветителей. Даже воспитание своих детей он выстраивал в духе педагогической теории Жан Жака Руссо.

Накануне Великой французской революции Жан Жак Ампер был назначен на высокую должность королевского прокурора и несмотря на последовавшее вскоре падение Бастилии и начавшееся гонение на роялистов поддержал революцию. Но ему сильно не повезло. Через несколько лет к власти пришли ультрарадикальные якобинцы, которые начали истреблять многих неугодных, в том числе приверженцев умеренных взглядов, коих придерживался и  отец Андре Мари. В итоге арест и неутешительный приговор – казнь на гильотине. «Бритва революции» лишила жизни достойного гражданина Франции в ноябре 1793 года, что стало страшным потрясением для юноши и всех членов семьи. Молодой человек впал в уныние и почти 1,5 года не прикасался к книгам.

С раннего детства талантливый мальчик питал огромную тягу к знаниям. Он не посещал школу, однако смог самостоятельно освоить арифметику и чтение. Уже в 12 лет Ампера многие считали математическим гением, а его личный педагог больше ничему не мог его научить. К 14 годам он освоил всю французскую «Энциклопедию», но особый интерес вызывали физические явления. Андре стал завсегдатаем библиотеки лондонского колледжа, где активно осваивал имеющуюся там литературу. Чтобы читать книги Эйлера и Бернулли он специально выучил латынь.

Первые самостоятельные шаги

Из-за полного безденежья, вызванного конфискацией семейного имущества, Ампер приступает к преподаванию математики в частном пансионе Дюпра и Оливье, параллельно устроившись в школу небольшого городка Бурга, расположенного близ Лиона. В 1802 году он успешно прошел собеседование в комиссии, признавшей его годным к проведению занятий.

Убогая жизнь небогатого учителя только обострила тягу Ампера к науке. Именно в этот период молодой ученый высказал гипотезу, объясняющую магнитные и электрические явления схожими принципами. Причем однажды он озвучил свою догадку в присутствии самого Алессандро Вольта на заседании Лионской академии.

Не остается без внимания и любимая математика, где Ампера привлекает теория вероятности. Вскоре он пишет эссе «Размышление на тему математической теории игр». В нём автор доказывает, что игрок всегда уступит сопернику, имеющему больше денег. Андре Мари сразу заметили в Академии наук и пригласили преподавать в Лионском лицее. Карьера шла в гору и в 1804 году Ампер переезжает в Париж в качестве репетитора местной Политехнической школы. До переезда в столицу случилось очередное горькое событие в его жизни – смерть любимой жены и начавшееся одиночество, которое подстегнуло к переезду.

После трех лет занятия репетиторством наступил период самостоятельных занятий, а вскоре Андре Мари становится профессором математического анализа и экзаменатором по механике. Вместе с этим он трудился в Консультативном бюро ремесел и искусств, а в 1808 году приступил к обязанностям главного инспектора университета, что вынуждало ездить в постоянные командировки.

В 1814 году Ампера избирают в члены Парижской Академии в секции геометрия, что вроде бы свидетельствовало о его сформировавшихся научных интересах. Но жизнь внесла в этот расклад свои коррективы.

Открытие электромагнетизма

В 1820 году Андре Мари посетил заседание Французской Академии наук, на котором была озвучена информация об открытии Хансом Эрстедом влияния электричества на магнитную стрелку. Большинство академиков восприняло это как рядовое событие, но только не Ампер. Он незамедлительно приступил к экспериментам, превратив свою маленькую комнату в мини-лабораторию, и даже сам смастерил столик, ставший настоящей реликвией. В течение двух недель он сформулировал свои выводы, которые оказали влияние на многие отрасли науки.

Фрагмент стола, который Ампер смастерил для проведения экспериментов

Фрагмент стола, который Ампер смастерил для проведения экспериментов

Еще со времен Ньютона утвердилось убеждение о параллельности электричества и магнетизма. Многие были уверены, что каждое из этих явлений живет по своим законам. Факты, полученные Эрстедом, трактовались следующим образом – намагничивание провода происходит в результате воздействия электричества, что и вызывало воздействие на стрелку. Ампер не согласился с общепринятой трактовкой и сформулировал смелую и в чем-то вызывающую идею – магнитных зарядов нет вообще, существуют лишь электрические, а явление магнетизма происходит от перемещения электрических зарядов.

По мнению ученого, магнетизм возникает от огромного количества мельчайших электрических атомных контуров. Каждый из них выступает в качестве своеобразного «магнитного листка» – простейшего магнитного двухполюсника. Поэтому становится ясно, почему магнитные монополя в природе не существуют, в отличие от электрических. Версию Ампера в столь смелой формулировке поддерживают не все ученые, но то что она стала важнейшей предпосылкой для утверждения мысли о единстве природы, сомнений не возникает. Это потребовало дать ответ на некоторые актуальные вопросы, в частности, представить законченную теорию взаимодействия токов. С поставленной задачей на отлично справился сам Ампер.

В 1820 году было сформулировано правило Ампера для определения воздействия магнитного поля на магнитную стрелку. Согласно этому выводу северный полюс будет на конце стержня, находящемся слева от человека, который движется по направлению тока и находится лицом к нему. Вскоре автор подтвердил наличие взаимодействия между электрическими токами, названное законом Ампера. Он показывает силу воздействия магнитного поля в отношении находящегося внутри его проводника. Француз эмпирически доказал, что параллельно находящиеся проводники начинают взаимно притягиваться при движении тока в одном направлении и отталкиваются при его пропускании в обратном.

Направление силы Ампера можно узнать согласно правилу левой руки. Размещаем руку таким образом, чтобы перпендикулярный вектор магнитной индукции умещался в ладони, а четыре пальца находились в вытянутом положении по направлению движения заряженных частиц в проводнике. При этом отставленный под углом 90° большой палец обозначает направление силы Ампера.

Андре-Мари Ампер - основоположник электродинамики

Правило левой руки

В 1822 году Андре Мари описал магнитный эффект соленоида. Как утверждал сам Ампер, любой электрический проводник создает рядом с собой магнитное поле. Его силовые линии образуют концентричные по отношению к центральной линии проводника круги, которые находятся в плоскостях, нормальных к элементам проводника. Ещё больший магнитный эффект электричества можно наблюдать при условии скручивания проводящей проволоки в ряд параллельных, взаимно изолированных колец.

Подобную форму проводника ученый назвал соленоидом. Проводя опыты со многими материалами, автор убедился, что железо полностью утрачивает магнитные свойства при нулевом токе, а сталь сохраняет магнетизм на протяжении длительного времени. Но самый большой эффект демонстрировали специально сконструированные электромагниты, по сути железные стержни в проволочной обмотке, по которой пропускали электроток.

Все полученные выводы Андре Мари изложил в собственном научном труде, увидевшем свет в 1826 году и названном «Теория электродинамических явлений, выведенная исключительно из опыта».

Телеграф Ампера

Первые осмысленные попытки создать устройство, способное транслировать некие сигналы на расстояние стали предприниматься в конце XVIII века. Первопроходцами в этом деле стал Ален-Рене Лесаж, создавший простейшую конструкцию из двух приемников и 24 изолированных проволок. Внес свой вклад в развитие этого направления и Ампер. В 1829 году он предложил идею телеграфа, которая основывалась на открытии Эрстеда. Ученый разработал передающее устройство, состоящее из полусотни проводов и 25 магнитных стрелок, прикрепленных к осям. Однако этот проект не нашёл широкого применения, так как был довольно непрактичен. Предполагалось, что для каждого знака будет предназначена отдельная проволока и стрелка.

Можно сказать, что Андре Мари смог опередить ход времени. Тогда еще не существовало устройств, которые бы могли распознавать электрический сигнал. Протягивать для каждой буквы, цифры или знака свой провод очень времязатратно и неэкономично. Однако польза от этого изобретения все же была – сегодня по этому принципу функционируют электромагнитные коммутаторы.

Кибернетика и кое-что ещё

В своей фундаментальной работе «Опыт о философии наук» Ампер дал понятие новой науке кибернетике. Он понимал ее как учение об управлении государством для обеспечения всеобщих благ. Её первая часть увидела свет в 1834 году, а вторая была издана уже после кончины автора в 1843 году. Важным элементом кибернетики Андре Мари называл теорию законов. По его мнению, она должна изучать происхождение законов, предвосхищая последствия, порождаемые ими. Автор подчеркивал принципиальное значение личности управленца, поэтому выступал за отбор лучших кандидатов, которым по силам справляться со своими обязанностями.

Также Ампер вывел необходимость существования ещё одного научного направления, как ответвления от кибернетики – ценольбологии, то есть науки об общественном счастье. Он ставил перед ней задачу определить лучшие условия жизни народов, чтобы создать оптимальную для этого экономическую систему. Фактически Андре Мари поднял вопрос о рациональности ведения хозяйства людьми, что должно способствовать всеобщему счастью.

Среди изобретений ученого были и вещи иного характера. Так, Ампер пытался создать новый язык международного общения, оптимизировал конструкции воздушных змеев и планировал написать эпическую поэму. Француз одним из первых стал рассматривать дифференциальные уравнения с частными производными, которые стали называть именем Монжа-Ампера. В химии независимо от Амедео Авогадро Ампер смог вывести закон молярных объемов газов. Кроме того, он предпринимал попытки систематизировать химические элементы по их свойствам.

Андре Мари Ампер скончался от осложнений, связанных с пневмонией 10 июня 1836 года, когда находился в очередной командировке в качестве главного инспектора.

Интересные факты

  • Как и многие выдающиеся ученые, Ампер ввел в научный оборот ряд новых терминов, среди которых электродинамика, кибернетика и кинематика.
  • Помимо математики и физики, Андре Мари преуспел и в других научных областях. В частности, его заслуги отмечены в химии, ботанике, лингвистике и даже философии.
  • Во время чтения доклада Ампером о взаимодействии проводников с токами кто-то из ученых воскликнул, что ничего нового не услышал. Ведь если токи влияют на магнитную стрелку, то они способны воздействовать друг на друга. От такого наступления докладчик совсем растерялся, но положение спас его коллега Араго. Он достал из кармана два ключа и сказал, что каждый из них воздействует на стрелку, но не влияет друг на друга.
  • Ампер не учился в школе ни одного дня, но благодаря невероятной тяге к знаниям сумел стать одним из образованнейших людей своего времени.
  • Имя Андре Мари внесено в перечень самых великих ученых Франции, который находится на первом этаже Эйфелевой башни.
  • В 1881 году на первом Международном конгрессе электриков, который состоялся в Париже, в честь Ампера была названа единица силы тока.

Видео

Андре Мари Ампер и электромагнетизм.

elektroznatok.ru

Три главных изобретения Андре Мари Ампера - портал "Человек Online" | Закон

28 ноября 1814 года Андре Мари Ампера приняли в члены Парижской Академии наук. К этой дате мы вспомнили три главных изобретения, позволивших великому учёному обессмертить своё имя.


Родился Андре Мари Ампер 22 января 1775 года во французском Лионе в семье ремесленников. Мальчик начал проявлять способности к наукам ещё в раннем возрасте. Он никогда не ходил в школу, но сам смог довольно быстро выучить арифметику и чтение.

Знания Андре черпал из отцовской библиотеки. Уже в 14 лет он осилил все 28 томов французской «Энциклопедии». Особенно он проявлял интерес к наукам физико-математического направления. Когда Ампер прочитал все книги в доме, он стал частым гостем библиотеки лионского колледжа.   

Его отца гильотинировали в 1793 году во времена революционного террора. Это событие надолго лишило Андре Мари Ампера всяких душевных сил. Вернуться к науке он смог только через год.   

Его карьера развивалась стремительно. В 1802 году Ампер нашёл работу школьного учителя физики и химии. Через два года уже преподавал в Политехнической школе в Париже. Через три года стал профессором. А ещё через год он получил должность главного инспектора университетов.

28 ноября 1814 года Андре Мари Ампера за заслуги в области математики принимают в члены Парижской Академии наук. Ампер стал учёным-исследователем и все последующие годы плодотворно трудился, умножая человеческие знания на поприще физики, математики и механики.

Электромагнит   

Основные физические работы Ампера выполнены в области электродинамики. В 1820 году он установил правило для определения направления действия магнитного поля на магнитную стрелку, известное ныне как правило Ампера. Он провёл множество опытов по исследованию взаимодействия между магнитом и электрическим током, обнаружил, что магнитное поле Земли влияет на движущиеся проводники. В том же году открыл взаимодействие между электрическими токами, сформулировал закон этого явления (закон Ампера), развил теорию магнетизма, предложил использовать электромагнитные процессы для передачи сигналов.

В 1822 году Ампером был открыт магнитный эффект соленоида (катушки с током), откуда следовала идея эквивалентности соленоида постоянному магниту. Также им было предложено усиливать магнитное поле с помощью железного сердечника, помещаемого внутрь соленоида.

Телеграф  

В 1829 году Андре Ампер изобрёл стрелочный телеграф. Отправитель выставлял стрелку на устройстве-передатчике, и ровно на столько стрелка отклонялась и на соединённом с ним проводами приёмнике. Примерно по такому принципу работают сейчас электромагнитные коммутаторы.   

К сожалению, проект оказался непрактичным и какого-либо практического распространения его телеграфы не получили. Учёный опередил своё время: устройств, способных преобразовывать электрический сигнал, тогда не было, приходилось для каждого символа в алфавите тянуть собственный провод — довольно громоздкий метод.   

К тому же в Европе как раз в эти годы входил в обиход оптический телеграф Шаппа — устройство более простое и понятное обывателю. Телеграф Ампера не мог с ним конкурировать ни по одному из параметров.   

Кибернетика  

Именно Андре Ампер первым использовал этот термин. В его понимании кибернетика — наука об управлении государством, которая должна обеспечить гражданам доступ к разнообразным благам современного общества.   

Со временем этот термин несколько раз обновлялся для соответствия реалиям тогдашней современности. Так, в 1948 году кибернетикой называли науку о передаче информации в машинах и живых организмах. А уже в 1956 году кибернетика определялась как искусство обеспечения эффективности действия.   

Современное определение кибернетики — исследование систем и процессов, которые взаимодействуют сами с собой и воспроизводят себя.

ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ

chelovek-online.ru

Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Правило буравчика. Закон Ампера и сила Ампера. Сила Лоренца. Правило левой руки. Электромагнитная индукция, магнитный поток, правило Ленца, закон электромагнитной индукции, самоиндукция, энергия магнитного поля





Адрес этой страницы (вложенность) в справочнике dpva.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Физический справочник / / Физика для самых маленьких. Шпаргалки. Школа.  / / Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Правило буравчика. Закон Ампера и сила Ампера. Сила Лоренца. Правило левой руки. Электромагнитная индукция, магнитный поток, правило Ленца, закон электромагнитной индукции, самоиндукция, энергия магнитного поля

Поделиться:   

Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Правило буравчика. Закон Ампера
и сила Ампера. Сила Лоренца. Правило левой руки. Электромагнитная индукция, магнитный
поток, правило Ленца, закон электромагнитной индукции, самоиндукция, энергия магнитного поля

Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Правило буравчика:

  • Магнитное поле: это особая форма, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами
  • Вектор магнитной индукции B [Тл]: это силовая характеристика магнитного поля. Направление В это направление от южного полюса к северному полюсу магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле (совпадает с направлением положительной нормали к замкнутому контуру с током).
  • Правило Буравчика: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора В.
  • Модуль вектора магнитной индукции В - это отношение максимальной силы Fm, действующей со стороны магнитного поля на участок проводника с током, к произведению силы тока I на длину этого участка Δl :

Сила Ампера, Закон Ампера, правило левой руки:

  • Сила Ампера: это сила, действующая на проводник с током, помещенный в магнитное по

dpva.ru

Что открыл Ампер? | Kratkoe.com

Ампер вклад в физику сделал огромный. В чем он состоял Вы узнаете в этой статье.

Что открыл Ампер?

Ампер — великий французький химик, математик, физик и основоположник электродинамики.

Андре Мари Ампер появился на свет 20 января 1775 года во французском городке Лион. Юноша получил домашнее образование. С 1801 года занимал кафедру физики в Центральной Бурк-ан-Бресской школе, а в период 1805-1824 годов работал в парижской Политехнической школе. В 1809 году получил звание профессора. С 1814 года является членом Парижской АН и многих других сообществ. 

Андре Мари Ампер основоположник электродинамики. Все его основные научные работы посвящены именно этому разделу науки. Конечно, ученый занимался исследованиями в области химии, философии, математики, психологии, зоологии, лингвистики и ботаники.  В 1802 году свет увидел его труд под названием «Соображения о математической теории игры». Он занимался приложениями вариационного исчисления к механике. Так, Ампер доказал принцип возможных перемещений. Практически одновременно с другим исследователем А. Авогадро в 1814 году высказал почти современное представление о соотношении между понятиями молекулы и атома. В 1820 году им было сформулировано «правило пловца», названное в его честь правилом Ампера. Оно определяло  направление действия магнитного поля тока на магнитную стрелку. Также Андре Мари выполнил большое количество экспериментов в области исследования взаимодействия между магнитом и электрическим током. Для этого ученым было сконструировано несколько приборов. Физик обнаружил влияние на движущиеся с током проводники магнитного поля Земли.

Андре Мари Ампер: открытия

Французский ученый открыл взаимодействие электрических токов. Он является автором закон этого взаимодействия – закона Ампера. Также в 1820 им была разработана теория магнетизма. Теория гласит: все магнитные взаимодействия сводятся к взаимодействию скрытых в телах, так называемых круговых электрических молекулярных токов. Каждый из них эквивалентен магнитному листку (плоскому магниту). А магнитные листки составляют один большой магнит. Таким образом, Андре мари Ампер был первым, кто указал на генетическую связь между магнитными и электрическими процессами. Он доказывал токовую идею происхождения магнетизма.

В 1812 году ученый открыл магнитный эффект катушки с током – соленоида. Исследователь установил, что обтекаемый током соленоид – это эквивалент постоянного магнита. Так была выдвинута идея усиления магнитного поля через помещение внутрь соленоида железного сердечника сделанного из мягкого железа. В 1820 году Ампер впервые предложил для передачи сигналов использовать электромагнитные явления. Он изобрел в 1829 году электромагнитный телеграф и коммутатор.

Андре Мари сформулировал понятие «кинематика». Благодаря ему, после древних греков, впервые термин «кибернетика» вошел в научный оборот. Им обозначали науку про общие законы управления сложными системами. В 1834 году свет увидел труд «Опыт философии наук…», в котором он разработал классификацию науки своего времени.

Надеемся, что из этой статьи Вы узнали, что открыл Андре Ампер.

kratkoe.com

Referat. Сила Ампера — PhysBook

Сила Ампера

Сила, с которой магнитное поле действует на помещенный в него проводник с током, называется силой Ампера.

Величина этой силы, действующей на элемент Δl проводника с током I в магнитном поле с индукцией \(~\vec B\) , определяется законом Ампера:

\(~\Delta F = B \cdot I \cdot \Delta l \cdot \sin \alpha\) , (1)

где α – угол между направлениями тока и вектора индукции.

Направление силы Ампера можно найти с помощью правила левой руки (рис. 1):

Рис. 1

если левую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца совпадали по направлению с направлением тока, то отогнутый на 90° большой палец укажет направление силы, действующей на элемент проводника.

Использование этого правила затруднительно лишь в том случае, когда угол α мал. Поскольку, однако, величина B∙sin α представляет собой модуль перпендикулярной проводнику с током компоненты вектора индукции \(~\vec B_{\perp}\) (рис. 2), то ориентацию ладони можно определять именно этой компонентой – она должна входить в открытую ладонь левой руки.

Рис. 2

Из (1) следует, что сила Ампера равна нулю, если проводник с током расположен вдоль линий магнитной индукции, и максимальна, если проводник перпендикулярен этим линиям.

Закон Ампера выполняется для любого магнитного поля. Предположим, что это поле создается длинным линейным проводником с током I2, параллельным первому проводнику c током I1 и находящимся на расстоянии r от него. Тогда индукцию магнитного поля в точках расположения первого проводника можно определить (с учетом замены II2) по формуле:

\(~B = \frac{\mu_0 \cdot I}{2 \pi \cdot r} = \frac{\mu_0 \cdot I_2}{2 \pi \cdot r}\) .

Подставляя это выражение в (1) и замечая, что в рассматриваемом случае параллельных проводников α = 90°, находим силу, действующую на линейный элемент Δl первого проводника,

\(~\Delta F = \frac{\mu_0 \cdot I_2}{2 \pi \cdot r} \cdot I_1 \cdot \Delta l = \mu_0 \cdot \frac{I_2 \cdot I_1 \cdot \Delta l}{2 \pi \cdot r} \) . (2)

Совершенно ясно, что точно такое же выражение можно записать для силы, действующей на второй проводник. Используя правило буравчика (для определения магнитной индукции проводника с током) и правило левой руки (для определения силы, действующей на проводник с током), можно убедиться в том, что если токи в проводниках текут в одинаковых направлениях, то эти проводники притягиваются (рис. 3 а, б), а если в разных – отталкиваются (рис. 4, а, б), что и подтверждается опытом.

  • а

  • б

Рис. 3
  • а

  • б

Рис. 4

Выражение (2) было положено в основу принципа определения единицы силы тока. Если в (2) считать I1 = I2 = 1 А, r = 1 м, Δl = 1 м, то получим F = 2∙10-7 Н/м. Другими словами,

если по двум параллельным, бесконечно длинным линейным проводникам, расположенным на расстоянии 1 м друг от друга, текут одинаковые токи в 1 А, то эти токи взаимодействуют с силой 2∙10-7 Н на каждый метр длины проводников.

Заметим, что единица силы тока – ампер – в СИ принадлежит, наряду с секундой, метром, килограммом, кельвином, молем и канделой, к числу основных единиц измерения физических величин.

Момент сил, действующий на прямоугольную рамку с током

Поместим в однородном магнитном поле с индукцией \(~\vec B\) прямоугольную рамку с током ABCD (рис. 5 а – вид сбоку; рис. 5 б – вид сверху), где обозначим AB = a, AD = b, β – угол между перпендикуляром к рамке и вектором магнитной индукции.

  • а

  • б

Рис. 5

На участки AD и BC магнитное поле действуют с силами, которые меняются от нуля до максимального значения (в зависимости от угла поворота рамки β) и стремятся растянуть рамку (на рис. 5 эти силы не указаны). На участки AB и CD магнитное поле действуют с постоянными силами \(~\vec F_1\) и \(~\vec F_2\), которые направлены в противоположные стороны (на рис. 5 а силы направлены перпендикулярно плоскости рисунка) и стремятся повернуть рамку вокруг оси OO´. Таким образом, эти силы \(~\vec F_1\) и \(~\vec F_2\) создают вращающий момент \(~M = F_1 \cdot l_1 + F_2 \cdot l_2\) , где \(~F_1 = F_2 = I \cdot B \cdot l\) (угол α = 90°), \(~l_1 = l_2 = \frac{AD}{2} \sin \beta = \frac{b}{2} \sin \beta\) , \(~l = AB = CD = a\) . Тогда

\(~M = 2 F_1 \cdot l_1 = 2I \cdot B \cdot a \cdot \frac{b}{2} \cdot \sin \beta = I \cdot B \cdot a \cdot b \cdot \sin \beta = I \cdot B \cdot S \cdot \sin \beta\) ,

где \(~S = a \cdot b\) – площадь рамки.

Момент сил будет максимальным при β = 90° (рамка расположена вдоль линий индукции)

\(~M_{max} = I \cdot B \cdot S\) . (3)

Отметим, что формула (3) справедлива не только для квадратной рамки, но и для плоской рамки другой формы.

Применение силы Ампера в технике

Электрический двигатель постоянного тока

В электрических двигателях для преобразования электрической энергии в механическую используется действие силы Ампера.

Основными частями электродвигателя постоянного тока (рис. 6) являются индуктор 4, с помощью которого создается постоянное магнитное поле, якорь 3, через обмотки которого пропускается ток, и коллектор 1 с электрическими щетками 2, с помощью которых осуществляется соединение обмоток якоря с источником тока.

  • а

  • б

Рис. 6

В простейшей машине постоянного тока индуктор – это постоянный магнит или электромагнит со стальным сердечником. Обмотки электромагнита индуктора называются обмотками возбуждения. Магнит индуктора имеет полюсные наконечники такой формы, что между ними образуется отверстие цилиндрической формы. Между полюсными наконечниками индуктора помещается якорь. Якорь состоит из сердечника – стального цилиндра с пазами, параллельными оси цилиндра, и обмоток, вложенных в пазы сердечника (рис. 7). Выводы каждой обмотки соединены с медными контактами коллектора.

Рис. 7

Якорь насажен на ось, концы которой установлены в подшипниках, и может свободно вращаться вокруг этой оси.

Для постоянного вращения рамки с током в магнитном поле необходимо устройство, меняющее направление тока. Такое устройство – коллектор – было изобретено в XIX веке. В простейшем случае он представляет собой два металлических полукольца 1, насаженных на общую с рамкой ось 2, и к которым припаяны провода обмотки 4 (рис. 8). К коллектору с двух противоположных сторон прижимаются щетки 3 из графита или меди; щетки подключаются проводами 5 к источнику постоянного напряжения.

Рис. 8

При включении ток проходит через щетки, полукольца и обмотку, в результате чего под действием пары сил Ампера обмотка начинает поворачиваться и поворачивает полукольца коллектора. Когда плоскость обмотки окажется перпендикулярной линиям магнитной индукции, вращающий момент обратится в ноль. Однако это положение обмотка проскакивает по инерции, и с этого момента каждое из полуколец, повернувшись вместе с рамкой, станет прикасаться уже к другой щетке. В результате направление тока в обмотке изменится на противоположное, а возникший после такой смены направления тока вращающий момент будет вынуждать обмотку вращаться в прежнем направлении до тех пор, пока ее плоскость снова не станет перпендикулярной вектору индукции. После этого направление тока в обмотке снова изменится, и она продолжит вращение, и т.д.

Скорость вращения якоря электродвигателя можно регулировать, изменяя силу тока в его обмотках; направление вращения можно изменять, изменяя направление тока в обмотке якоря или индуктора.

Электродвигатель постоянного тока может приводить в движение колеса электровоза, троллейбуса, трамвая, приводить в действие электробритву, магнитофон и другие бытовые электроприборы.

Электроизмерительные приборы

В электроизмерительных приборах магнитоэлектрической системы используется действие магнитного поля на проводник с током (рис. 9).

Рис. 9

Измеряемый электрический ток пропускается через рамку 6, помещенную в магнитное поле постоянного магнита 5. Рамка укреплена на оси 2. Измеряемый ток подводится к рамке 6 через спиральную пружину 3. На участки проводников, расположенные перпендикулярно линиям индукции магнитного поля, действует сила Ампера. Если бы подвижная часть измерительного механизма не имела пружину 3, противодействующую ее повороту, то при пропускании тока через рамку происходил бы поворот ее на 180° независимо от силы тока. Но силы упругости, возникающие при закручивании пружины, препятствуют повороту рамки. Сила упругости прямо пропорциональна углу закручивания пружины, поэтому угол поворота, при котором наступает равенство моментов сил Ампера и сил упругости, пропорционален силе тока в рамке. Шкала магнитоэлектрического прибора равномерная.

При изменениях силы тока равновесие моментов сил упругости и сил Ампера нарушается, в результате подвижная система начинает совершать колебания относительно нового положения равновесия. Вместе с ней колеблется и стрелка прибора. Для устранения этих колебаний в приборах применяются специальные успокоители. В них для торможения подвижной системы используется тонкая алюминиевая пластина 7, помещенная между полюсами постоянного магнита 8 и закрепленная на оси вращения подвижной системы. При повороте подвижной системы алюминиевая пластина успокоителя движется в поле постоянного магнита. Наводимые в ней при этом индукционные токи тормозят движение пластины и вместе с тем вращение всей подвижной системы электроизмерительного прибора.

Для того чтобы при любом положении указательной стрелки 4 подвижная часть была уравновешена в поле тяжести, имеются противовесы 9. Установка на нулевое деление шкалы производится с помощью корректора 10.

Прибор можно проградуировать так, чтобы угол поворота определял силу тока в амперах или других единицах. Согласно закону Ома сила тока в приборе \(~I = \frac{U}{R}\) . Поэтому прибор можно проградуировать и так, чтобы определенному углу отклонения стрелки соответствовало напряжение U на зажимах прибора в вольтах или других единицах.

Таким образом, прибор может служить как амперметром, так и вольтметром. В последнем случае для увеличения сопротивления прибора нужно последовательно с катушкой включить резистор с большим сопротивлением.

Литература

  1. Буров Л.И., Стрельченя В.М. Физика от А до Я: учащимся, абитуриентам, репетиторам. – Мн.: Парадокс, 2000. – 560 с.
  2. Мякишев, Г.Я. Физика : Электродинамика. 10-11 кл. : учеб. для углубленного изучения физики / Г.Я. Мякишев, А.3. Синяков, В.А. Слободсков. – М.: Дрофа, 2005. – 476 с.
  3. Физика: Учеб. пособие для 10 кл. шк. и классов с углубл. изуч. физики/ О. Ф. Кабардин, В. А. Орлов, Э. Е. Эвенчик и др.; Под ред. А. А. Пинского. – 2-е изд. – М.: Просвещение, 1995. – 415 с.

www.physbook.ru

Закон Ампера - это... Что такое Закон Ампера?

Зако́н Ампе́ра  — закон взаимодействия электрических токов. Впервые был установлен Андре Мари Ампером в 1820 для постоянного тока. Из закона Ампера следует, что параллельные проводники с электрическими токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположных — отталкиваются. Законом Ампера называется также закон, определяющий силу, с которой магнитное поле действует на малый отрезок проводника с током. Выражение для силы , с которой магнитное поле действует на элемент объёма проводника с током плотности , находящегося в магнитном поле с индукцией , в Международной системе единиц (СИ) имеет вид:

.

Если ток течёт по тонкому проводнику, то , где  — «элемент длины» проводника — вектор, по модулю равный и совпадающий по направлению с током. Тогда предыдущее равенство можно переписать следующим образом:


Направление силы определяется по правилу вычисления векторного произведения, которое удобно запомнить при помощи правила левой руки.

Модуль силы Ампера можно найти по формуле:

где  — угол между векторами магнитной индукции и тока.

Сила максимальна когда элемент проводника с током расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции ():

Два параллельных проводника

dF_{max} = IBdl. Два бесконечных параллельных проводника в вакууме

Наиболее известным примером, иллюстрирующим силу Ампера, является следующая задача. В вакууме на расстоянии друг от друга расположены два бесконечных параллельных проводника, в которых в одном направлении текут токи и . Требуется найти силу, действующую на единицу длины проводника.

В соответствии с законом Био — Савара — Лапласа бесконечный проводник с током в точке на расстоянии создаёт магнитное поле с индукцией

где  — магнитная постоянная.

Теперь по закону Ампера найдём силу, с которой первый проводник действует на второй:

По правилу буравчика, направлена в сторону первого проводника (аналогично и для , а значит, проводники притягиваются).

Модуль данной силы ( — расстояние между проводниками):

Интегрируем, учитывая только проводник единичной длины (пределы от 0 до 1):

Полученная формула используется в СИ для установления численного значения магнитной постоянной . Действительно, ампер, являющийся одной из основных единиц СИ, определяется в ней как «сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии1 метр один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия, равную 2·10−7ньютона»[1].

Таким образом, из полученной формулы и определения ампера следует, что магнитная постоянная равна Н/А² или, что то же самое, Гн/ м точно.

Проявления

  • Электродинамическая деформация шин (токопроводов) трёхфазного переменного тока на подстанциях при воздействии токов короткого замыкания.
  • Раздвигание токопроводов рельсотронов при выстреле.

Применение

Примечания

См. также

academic.ru

Ампер, Андре Мари - это... Что такое Ампер, Андре Мари?

Андре́-Мари́ Ампе́р (фр. André-Marie Ampère; 20 января 1775[1] — 10 июня 1836) — знаменитый французский физик, математик и естествоиспытатель, член Парижской Академии наук (1814). Член многих академий наук, в частности иностранный[2][3] почётный[3] член Петербургской Академии наук (1830). Джеймс Максвелл назвал Ампера «Ньютоном электричества».

Краткая биография

Ампер родился в Лионе, получил домашнее образование. После смерти своего отца, гильотинированного в 1793, Ампер был сперва репетитором в Политехнической школе в Париже, затем занимал кафедру физики в Бурке, а с 1805 года — кафедру математики в парижской Политехнической школе, где он проявил себя и на литературном поприще, впервые выступив с сочинением: «Considerations sur la theorie mathematique du jeu» («Рассуждения о математической теории игр», Лион, 1802).

В 1814 он был избран членом Академии наук, а с 1824 занимал должность профессора экспериментальной физики в Коллеж де Франс. Ампер умер 10 июня 1836 в Марселе.

Его имя внесено в список величайших учёных Франции, помещённый на первом этаже Эйфелевой башни.

Сын Андре Мари, Жан-Жак Ампер (1800—1864), был известным филологом.

Научная деятельность

Математика, механика и физика обязаны Амперу важными исследованиями. Его основные физические работы выполнены в области электродинамики. В 1820 он установил правило для определения направления действия магнитного поля на магнитную стрелку, известное ныне как правило Ампера; провёл множество опытов по исследованию взаимодействия между магнитом и электрическим током; для этих целей создал ряд приборов; обнаружил, что магнитное поле Земли влияет на движущиеся проводники с током. В том же году открыл взаимодействие между электрическими токами, сформулировал закон этого явления (закон Ампера), развил теорию магнетизма, предложил использовать электромагнитные процессы для передачи сигналов.

Согласно теории Ампера, магнитные взаимодействия являются результатом происходящих в телах взаимодействий так называемых круговых молекулярных токов, эквивалентных маленьким плоским магнитам, или магнитным листкам. Это утверждение носит название теоремы Ампера. Таким образом, большой магнит, по представлениям Ампера, состоит из множества таких элементарных магнитиков. В этом заключается суть глубокого убеждения ученого в чисто токовом происхождении магнетизма и тесной связи его с электрическими процессами.

В 1822 Ампером был открыт магнитный эффект соленоида (катушки с током), откуда следовала идея эквивалентности соленоида постоянному магниту. Также им было предложено усиливать магнитное поле с помощью железного сердечника, помещаемого внутрь соленоида. Идеи Ампера были изложены им в работах «Свод электродинамических наблюдений» (фр. «Recueil d’observations electrodynamiques», Париж, 1822), «Краткий курс теории электродинамических явлений» (фр. «Precis de la theorie des phenomenes electrodynamiques», Париж, 1824), «Теория электродинамических явлений» (фр. «Theorie des phenomenes electrodynamiques»). В 1826 году им была доказана теорема о циркуляции магнитного поля. В 1829 Ампер изобрел такие устройства как коммутатор и электромагнитный телеграф.

В механике ему принадлежит формулировка термина «кинематика».

В 1830 году ввел в научный оборот термин «кибернетика».

Разносторонний талант Ампера оставил след и в истории развития химии, которая отводит ему одну из почетных страниц и считает его, совместно с Авогадро, автором важнейшего закона современной химии.

В честь учёного единица силы электрического тока названа «ампером», а соответствующие измерительные приборы — «амперметрами».

Некоторые исследования Ампера относятся к ботанике, а также к философии, в частности «Наброски по философии науки» (фр. «Essais sur la philosophie des Sciences», 2 т., 1834-43; 2-е издание, 1857).

Примечания

См. также

Литература

Сочинения

  • Ампер А. М. Электродинамика. М.: Изд-во АН СССР, 1954.

О нём

  • Белькинд Л. Д. Андре-Мари Ампер. М.: Наука, 1968.
  • Храмов Ю. А. Физики: Биографический справочник. — 2-е изд. — М.: Наука, 1983. С. 14-15.

Ссылки

dic.academic.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *