Applicazione dell'azione della forza di Ampere nella tecnologia

Nel 1820 il fisico danese Hans Christian Oersted fece una scoperta fondamentale: l'ago magnetico di una bussola viene deviato da un filo percorso da corrente elettrica continua. Pertanto, lo scienziato ha scoperto in un esperimento che il campo magnetico della corrente è diretto esattamente perpendicolarmente alla corrente e non parallelo ad essa, come si potrebbe presumere.

Il fisico francese Andre-Marie Ampere fu così ispirato dalla dimostrazione dell'esperimento di Oersted che decise di continuare da solo la sua ricerca in questa direzione.

Ampere è stato in grado di stabilire che non solo un ago magnetico è deviato da un conduttore percorso da corrente, ma che due conduttori paralleli percorsi da correnti continue possono attrarsi o respingersi a vicenda, a seconda delle direzioni in cui si muovono l'uno rispetto all'altro. fili.

Si è scoperto che una corrente elettrica produce un campo magnetico e il campo magnetico agisce già su un'altra corrente.Ampere ha concluso che un filo percorso da corrente agisce anche su un magnete permanente (freccia) solo perché molte correnti microscopiche scorrono anche all'interno del magnete in percorsi chiusi, e in pratica, sebbene i campi magnetici interagiscano, le sorgenti di questi campi magnetici, le correnti , vengono respinti. Non ci sarebbe interazione magnetica senza correnti.

Di conseguenza, nello stesso anno 1820, Ampere scoprì la legge secondo la quale interagiscono le correnti elettriche dirette. I conduttori con correnti dirette in una direzione si attraggono e i conduttori con correnti dirette in modo opposto si respingono (vedi - Legge di Ampere).

Come risultato del suo lavoro sperimentale, Ampere scoprì che la forza che agisce su un filo percorso da corrente posto in un campo magnetico dipende linearmente sia dall'intensità della corrente I nel filo sia dall'ampiezza dell'induzione B del campo magnetico in cui è inserito questo filo.

La legge di Ampere può essere formulata come segue. La forza dF con cui il campo magnetico agisce su un elemento di corrente dI situato in un campo magnetico di induzione B è direttamente proporzionale alla corrente e al prodotto vettoriale della lunghezza dell'elemento conduttore dL per l'induzione magnetica B.

La direzione della forza di Ampere può essere determinata dalla regola della mano sinistra. Questa forza è massima quando il filo è perpendicolare alle linee di induzione magnetica. In linea di principio, l'amperaggio per un filo di lunghezza L percorso da una corrente I posto in un campo magnetico di induzione B ad un angolo alfa rispetto alle linee di forza del campo magnetico è pari a:

Oggi si può affermare che tutti i componenti elettrici nei quali un'azione elettromagnetica mette in movimento meccanico un elemento utilizzano la forza di Ampere.

Il principio di funzionamento delle macchine elettromeccaniche si basa proprio su questa forza, ad esempio, in un motore elettrico… In qualsiasi istante di tempo, durante il funzionamento del motore elettrico, parte del suo avvolgimento di rotore si muove nel campo magnetico della corrente di parte dell'avvolgimento di statore. Questa è una manifestazione della forza di Ampere e della legge di Ampere sull'interazione delle correnti.

Questo principio è forse il più comune nei motori elettrici, dove l'energia elettrica viene così convertita in energia meccanica.

Il generatore, in linea di principio, è lo stesso motore elettrico, realizzando solo la trasformazione inversa: l'energia meccanica viene convertita in energia elettrica (vedi — Come funzionano i generatori AC e DC?).

Nel motore, l'avvolgimento del rotore, attraverso il quale scorre la corrente, subisce l'azione della forza Ampere dal campo magnetico dello statore (sul quale agisce in questo momento anche la corrente con la direzione desiderata) e quindi il rotore del motore entra in un movimento rotatorio, rotazione dell'albero con il carico.

Auto elettriche, tram, treni elettrici e altri veicoli elettrici sperimentano la rotazione delle ruote grazie a un albero che ruota sotto l'azione della forza di Ampere in un motore di azionamento CA o CC. I motori CA e CC utilizzano ampere.

Le serrature elettriche (porte di ascensori, cancelli, ecc.) funzionano allo stesso modo, in una parola: tutti i meccanismi in cui l'azione elettromagnetica porta al movimento meccanico.

Ad esempio, in un altoparlante che produce suono negli altoparlanti di un altoparlante, la membrana vibra perché la bobina che trasporta corrente viene respinta dal campo magnetico del magnete permanente attorno al quale è installata.Si formano così delle vibrazioni sonore — l'Amperaggio è variabile (poiché la corrente nella bobina cambia con la frequenza del suono da riprodurre) spinge il diffusore, generando il suono.

Gli strumenti di misura elettrici del sistema magnetoelettrico (ad es. amperometri analogici) includono un telaio metallico rimovibile installato tra i poli di un magnete permanente… Il telaio è sospeso su molle a spirale, attraverso le quali la corrente elettrica misurata passa attraverso questo dispositivo di misurazione, appunto, attraverso il telaio.

Quando la corrente attraversa il telaio, la forza Ampere, proporzionale all'entità della corrente data, agisce su di esso nel campo magnetico di un magnete permanente, quindi il telaio ruota deformando le molle. Quando la forza Ampere è bilanciata dalla forza della molla, la lunetta smette di ruotare ea quel punto è possibile effettuare le letture.

Al telaio è collegata una freccia che indica la scala graduata del misuratore. L'angolo di deflessione della freccia risulta essere proporzionale alla corrente totale passata attraverso il telaio. Il telaio di solito è costituito da più giri (vedi - Dispositivo amperometro e voltmetro).