Loi d'Ampère

Dans cet article, nous parlerons de la loi d'Ampère, l'une des lois fondamentales de l'électrodynamique. La force de l'Ampère est aujourd'hui à l'œuvre dans de nombreuses machines et installations électriques, et grâce à la force de l'Ampère au XXe siècle, des avancées liées à l'électrification dans de nombreux domaines de production sont devenues possibles. La loi d'Ampère est inébranlable à ce jour et continue de servir fidèlement l'ingénierie moderne. Alors rappelons-nous à qui nous devons ces progrès et comment tout a commencé.

En 1820, le grand physicien français André Marie Ampère annonce sa découverte. Il a parlé à l'Académie des sciences du phénomène d'interaction de deux conducteurs porteurs de courant: les conducteurs à courants opposés se repoussent et à courants continus ils s'attirent. Ampère a également suggéré que le magnétisme était entièrement électrique.

Pendant un certain temps, le scientifique a mené ses expériences et a finalement confirmé son hypothèse. Enfin, en 1826, il publie The Theory of Electrodynamic Phenomena Derived Exclusively from Experience.À partir de ce moment, l'idée d'un fluide magnétique a été rejetée comme inutile, car le magnétisme, en fin de compte, était causé par des courants électriques.

Ampère a conclu que les aimants permanents ont également des courants électriques à l'intérieur, des courants moléculaires et atomiques circulaires perpendiculaires à l'axe passant par les pôles d'un aimant permanent. La bobine se comporte comme un aimant permanent traversé par un courant en spirale. Ampère a reçu le plein droit d'affirmer avec confiance: "tous les phénomènes magnétiques sont réduits à des actions électriques".

Au cours de ses travaux de recherche, Ampère a également découvert la relation entre la force d'interaction des éléments courants avec les amplitudes de ces courants, il a également trouvé une expression pour cette force. Ampère a fait remarquer que les forces d'interaction des courants ne sont pas centrales, comme les forces gravitationnelles. La formule dérivée d'Ampère est incluse dans tous les manuels d'électrodynamique aujourd'hui.

Ampère a découvert que les courants de sens opposé se repoussent et que les courants de même sens s'attirent, si les courants sont perpendiculaires, il n'y a pas d'interaction magnétique entre eux. C'est le résultat de l'enquête du scientifique sur les interactions des courants électriques en tant que véritables causes profondes des interactions magnétiques. Ampère a découvert la loi de l'interaction mécanique des courants électriques et a ainsi résolu le problème des interactions magnétiques.

Afin de clarifier les lois par lesquelles les forces d'interaction mécanique des courants sont liées à d'autres grandeurs, il est possible de mener une expérience similaire à l'expérience d'Ampère aujourd'hui.Pour ce faire, un fil relativement long avec le courant I1 est fixe et un fil court avec le courant I2 est rendu mobile, par exemple, le côté inférieur du cadre mobile avec le courant sera le deuxième fil. Le châssis est relié à un dynamomètre pour mesurer la force F agissant sur le châssis lorsque les conducteurs actifs sont parallèles.

Initialement, le système est équilibré et la distance R entre les fils du montage expérimental est significativement plus petite par rapport à la longueur l de ces fils. Le but de l'expérience est de mesurer la force répulsive des fils.

Le courant, dans les fils fixes et mobiles, peut être régulé à l'aide de rhéostats. En changeant la distance R entre les fils, en changeant le courant dans chacun d'eux, on peut facilement trouver des dépendances, voir comment la force de l'interaction mécanique des fils dépend du courant et de la distance.

Si le courant I2 dans le cadre mobile est inchangé et que le courant I1 dans le fil fixe augmente d'un certain nombre de fois, alors la force F de l'interaction des fils augmentera de la même quantité. De même, la situation se développe si le courant I1 dans le fil fixe est inchangé et que le courant I2 dans le cadre change, alors la force d'interaction F change de la même manière que lorsque le courant I1 change dans le fil fixe avec un courant constant I2 dans le cadre. Ainsi, nous arrivons à la conclusion évidente - la force d'interaction des fils F est directement proportionnelle au courant I1 et au courant I2.

Si nous modifions maintenant la distance R entre les fils en interaction, il s'avère que lorsque cette distance augmente, la force F diminue et diminue du même facteur que la distance R.Ainsi, la force de l'interaction mécanique F des fils avec les courants I1 et I2 est inversement proportionnelle à la distance R entre eux.

En faisant varier la taille l du fil mobile, il est facile de s'assurer que la force est également directement proportionnelle à la longueur du côté d'interaction.

En conséquence, vous pouvez saisir le facteur de proportionnalité et écrire :

Cette formule vous permet de trouver la force F avec laquelle le champ magnétique généré par un conducteur infiniment long avec un courant I1 agit sur une section parallèle d'un conducteur avec un courant I2, tandis que la longueur de la section est l et R est la distance entre les conducteurs en interaction. Cette formule est extrêmement importante dans l'étude du magnétisme.

Le rapport d'aspect peut être exprimé en termes de constante magnétique comme suit :

La formule prendra alors la forme :

La force F est maintenant appelée force d'Ampère, et la loi qui détermine la grandeur de cette force est la loi d'Ampère. La loi d'Ampère est aussi appelée une loi qui détermine la force avec laquelle un champ magnétique agit sur une petite section d'un conducteur sous tension :

"La force dF avec laquelle le champ magnétique agit sur l'élément dl du conducteur avec un courant dans le champ magnétique est directement proportionnelle à l'intensité du courant dI dans le conducteur et au produit vectoriel de l'élément avec la longueur dl du conducteur et induction magnétique B' :

La direction de la force d'Ampère est déterminée par la règle de calcul du produit vectoriel, qu'il est pratique de retenir en utilisant la règle de gauche, qui fait référence à lois fondamentales de l'électrotechnique, et le module de force Ampère peut être calculé par la formule :

Ici, alpha est l'angle entre le vecteur d'induction magnétique et la direction du courant.

Évidemment, la force Ampère est maximale lorsque l'élément du conducteur porteur de courant est perpendiculaire aux lignes d'induction magnétique B.

Grâce à la puissance d'Ampère, de nombreuses machines électriques fonctionnent aujourd'hui, où des fils porteurs de courant interagissent entre eux et avec un champ électromagnétique. La majorité des générateurs et des moteurs utilisent d'une manière ou d'une autre la puissance Ampère dans leur travail. Les rotors des moteurs électriques tournent dans le champ magnétique de leurs stators en raison de la force d'Ampère.

Véhicules électriques : tramways, trains électriques, voitures électriques - ils utilisent tous la puissance d'Ampère pour faire tourner leurs roues. Serrures électriques, portes d'ascenseur, etc. Haut-parleurs, haut-parleurs - le champ magnétique de la bobine de courant interagit avec le champ magnétique d'un aimant permanent, formant des ondes sonores. Enfin, le plasma est comprimé dans des tokamaks sous l'effet de la force d'Ampère.