Согласно законам электродинамики, проводник с током, находящийся внутри магнитного поля, взаимодействует с ним. Это взаимодействие описывается законом Ампера. Поговорим кратко о применении закона Ампера в жизни человека.
Если угол между линиями магнитного поля и направлением тока в проводнике составляет $alpha$, то модуль силы Ампера, действующей со стороны магнитного поля индукцией $B$ на проводник длиной $Δl$, по которому течет ток силой $I$, равен:
$$F= I |overrightarrow B| Δl sin alpha$$
Эта формула называется законом Ампера. Из нее видно, что сила, действующая на проводник с током, прямо пропорциональна величине тока и индукции магнитного поля. Именно эта зависимость и предопределяет возможности использования закона Ампера в науке и технике.
Применение закона Ампера
Электродвигатели
Чаше всего, сила, описываемая законом Ампера, находит применение в двигателях. Действительно, если создать магнитное поле с помощью постоянного магнита или катушек с электрическим током, а потом внести в это поле проводник с током, можно направить возникающую силу Ампера на совершение полезной работы. Для того чтобы работа совершалась непрерывно, необходимо сместившийся проводник заменить новым, когда он тоже сместится — на его место подвести еще один проводник и так далее.
Все эти проводники выполняются в виде пересекающихся рамок с током. Вся конструкция называется «якорем». Каркас, внутри которого создается магнитное поле и может вращаться якорь, называется «статором». Якорь и статор — это две главных части любого электродвигателя:
Измерительные приборы
Прямая зависимость силы Ампера от тока, проходящего через проводник, дает возможность построения электроизмерительных приборов.
Если рамку с током на пружинах поместить в магнитное поле, то угол ее поворота будет пропорционален току в рамке. Следовательно, пропустив исследуемый ток через эту рамку, можно оценить его величину. Именно так построены электроприборы магнитоэлектрической системы.
Громкоговоритель
Наконец, широкое применение сила Ампера находит применение в динамических головках громкоговорителей.
Как известно в 11 классе, звук представляет собой колебания воздуха. Если взять катушку с током, поместить ее в поле постоянного магнита, а потом пропустить через нее переменный ток, то катушка в соответствии с направлением тока будет испытывать влияние силы Ампера. Причем величина этой силы будет пропорциональна величине тока. То есть, под действием переменного тока катушка придет в колебательное движение с частотой подведенного переменного тока.
Теперь, если закрепить на катушке легкий конус (он называется «диффузор»), то колебания катушки будут передаваться в воздух, а значит, в воздухе возникнут колебания — возникнет звук.
Именно так работает громкоговоритель.
Что мы узнали?
В современном мире сила Ампера играет одну из важнейших ролей. Большая часть механического электрооборудования существует благодаря ей. Применение закона Ампера позволило создать человеку электродвигатели, измерительные приборы, громкоговорители и другие полезные устройства.
