La loi d'Ampère et sa signification pratique. Qu'est-ce que la puissance en ampère ? Qu'est-ce que l'ampère

Il est difficile d’imaginer notre vie moderne sans électricité, car si elle disparaissait, cela entraînerait instantanément des conséquences catastrophiques à l’échelle mondiale. Donc, de toute façon, nous ne sommes plus séparés de l’électricité. Mais pour y faire face, vous devez connaître certaines lois physiques, dont l’une, bien sûr, est la loi d’Ampère. Et la force magnétique notoire d’Ampère est la composante principale de cette loi.

La loi d'Ampère

Formulons donc la loi d'Ampère : dans les conducteurs parallèles, où les courants électriques circulent dans une direction, une force attractive apparaît. Et dans les conducteurs, où les courants circulent dans des directions opposées, au contraire, une force répulsive apparaît. Si l’on parle dans le langage simple de tous les jours, la loi d’Ampère peut être formulée de manière extrêmement simple : « les contraires s’attirent », et dans la vraie vie (et pas seulement en physique) on observe un phénomène similaire, n’est-ce pas ?

Mais revenons à la physique, où la loi d’Ampère est également comprise comme la loi qui détermine la force du champ magnétique sur la partie du conducteur parcourue par le courant.

Quelle est la puissance de l'ampère

En fait, la force ampère est la force du champ magnétique sur le conducteur à travers lequel circule le courant. La force ampère est calculée par la formule en multipliant la densité de courant traversant le conducteur par l'induction du champ magnétique dans lequel se trouve le conducteur. En conséquence, la formule de la force Ampère ressemblera à ceci

sa=st*dchp*mi

Où, sa est la force ampère, st est l'intensité du courant, dchp est la longueur de la partie conductrice, mi est l'induction magnétique.

Règle de la main gauche

La règle de la main gauche est destinée à vous aider à vous rappeler où la force Ampère est dirigée. Cela ressemble à ceci : si la main occupe une position telle que les lignes d'induction magnétique du champ externe lui-même pénètrent dans la paume et que les doigts du petit doigt à l'index pointent dans le sens du mouvement du courant dans le conducteur, puis le pouce de la paume, arraché à un angle de 90 degrés, pointeront vers l'endroit où est dirigée la force Ampère agissant sur l'élément conducteur.

Voici à quoi ressemble la règle de la main gauche dans ce diagramme.

Application de la force ampère

L'utilisation de la force d'Ampère dans le monde moderne est très large ; on peut même dire sans exagération que nous sommes littéralement entourés par la puissance d'Ampère. Par exemple, lorsque vous voyagez dans un tramway, un trolleybus ou une voiture électrique, c'est cette force, la force Ampère, qui le met en mouvement. Ascenseurs, portails électriques, portes, tous appareils électriques se ressemblent ; tout cela fonctionne précisément grâce à la puissance de l'Ampère.

Puissance en ampères, vidéo

Et en conclusion, une courte leçon vidéo sur la puissance de l'Ampère.

Dans cet article, nous parlerons de la loi d'Ampère, l'une des lois fondamentales de l'électrodynamique. La force Ampère opère aujourd'hui dans de nombreuses machines et installations électriques, et c'est grâce à la force Ampère que les progrès liés à l'électrification dans de nombreux domaines de production sont devenus possibles au XXe siècle. La loi d'Ampère est inébranlable à ce jour et continue de servir fidèlement l'ingénierie mécanique moderne. Rappelons donc à qui nous devons ces progrès et comment tout a commencé.

En 1820, le grand physicien français André Marie Ampère annonçait sa découverte. Il a parlé à l'Académie des Sciences du phénomène d'interaction entre deux conducteurs avec courant : les conducteurs à courants opposés se repoussent, et ceux à courants unidirectionnels s'attirent. Ampère a également proposé que le magnétisme soit de nature entièrement électrique.

Le scientifique a mené ses expériences pendant un certain temps et a finalement confirmé son hypothèse. Enfin, en 1826, il publie l'ouvrage « La théorie des phénomènes électrodynamiques dérivés exclusivement de l'expérience ». À partir de ce moment, l'idée d'un fluide magnétique a été rejetée comme inutile, car il s'est avéré que le magnétisme est causé par des courants électriques.

Ampère a conclu que les aimants permanents contiennent également des courants électriques à l'intérieur, des courants moléculaires et atomiques circulaires, perpendiculaires à l'axe passant par les pôles de l'aimant permanent. Une bobine dans laquelle le courant circule en spirale se comporte comme un aimant permanent. Ampère avait parfaitement le droit d’affirmer avec assurance : « tous les phénomènes magnétiques se réduisent à des actions électriques ».

Au cours de ses travaux de recherche, Ampère a également découvert un lien entre la force d'interaction des éléments actuels et l'ampleur de ces courants, et il a également trouvé une expression pour cette force. Ampère a souligné que les forces d'interaction entre les courants ne sont pas centrales, comme les forces gravitationnelles. La formule dérivée d’Ampère est aujourd’hui incluse dans tous les manuels d’électrodynamique.

Ampère a établi que les courants de directions opposées se repoussent et que les courants de même direction s'attirent, mais si les courants sont perpendiculaires, alors il n'y a pas d'interaction magnétique entre eux. C’est le résultat de l’étude 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.

Pour clarifier les modèles par lesquels les forces d’interaction mécanique des courants sont liées à d’autres quantités, il est encore possible aujourd’hui de mener une expérience similaire à celle d’Ampère. Pour ce faire, un conducteur relativement long avec le courant I1 est fixé immobile, et un conducteur court avec le courant I2 est rendu mobile, par exemple, le côté inférieur du cadre mobile avec le courant sera le deuxième conducteur. Le cadre est connecté à un dynamomètre pour mesurer la force F agissant sur le cadre lorsque les conducteurs porteurs de courant sont parallèles.

Initialement, le système est équilibré et la distance R entre les conducteurs du dispositif expérimental est nettement inférieure à la longueur l de ces conducteurs. Le but de l'expérience est de mesurer la force répulsive des conducteurs.

Le courant, tant dans les conducteurs fixes que mobiles, peut être régulé au moyen de rhéostats. En faisant varier la distance R entre les conducteurs, en modifiant le courant dans chacun d'eux, vous pouvez facilement détecter des dépendances et voir comment la force de l'interaction mécanique des conducteurs dépend du courant et de la distance.

Si le courant I2 dans le cadre mobile reste inchangé et que le courant I1 dans le conducteur fixe est augmenté d'un certain nombre de fois, alors la force F d'interaction des conducteurs augmentera du même montant. La situation est similaire si le courant I1 dans un conducteur fixe est inchangé et que le courant I2 dans le cadre change, alors la force d'interaction F change exactement de la même manière que lorsque le courant I1 dans un conducteur fixe change avec un courant constant I2 dans le cadre. Ainsi, nous arrivons à la conclusion évidente : la force d'interaction des conducteurs F est directement proportionnelle à l'intensité du courant I1 et à l'intensité du courant I2.

Si l'on modifie maintenant la distance R entre les conducteurs en interaction, il s'avère qu'avec une augmentation de cette distance, la force F diminue, et diminue d'autant que la distance R augmente. Ainsi, la force d'interaction mécanique F du conducteurs avec les courants I1 et I2 est inversement proportionnelle à la distance R qui les sépare.

En modifiant la taille l du conducteur mobile, il est facile de vérifier que la force est également directement proportionnelle à la longueur du côté en interaction.

De ce fait, vous pouvez saisir le coefficient de proportionnalité et écrire :

Cette formule 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, étant donné que la longueur de la section est l, et R est la distance entre les conducteurs en interaction. Cette formule est extrêmement importante dans les études sur le magnétisme.

Le facteur de proportionnalité 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 l'ampleur de cette force est la loi d'Ampère. La loi d'Ampère est aussi la loi qui détermine la force avec laquelle un champ magnétique agit sur un petit segment d'un conducteur transportant du courant :

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

Évidemment, la force Ampère est maximale lorsque l'élément conducteur avec courant est situé perpendiculairement aux lignes d'induction magnétique B.

C'est grâce à la force Ampère que fonctionnent aujourd'hui de nombreuses machines électriques, dans lesquelles les conducteurs porteurs de courant interagissent entre eux et avec le champ électromagnétique. La grande majorité des générateurs et des moteurs utilisent la force ampère dans leur travail d’une manière ou d’une autre. Les rotors des moteurs électriques tournent dans le champ magnétique de leurs stators en raison de la force Ampère.

Transports électriques : tramways, trains électriques, voitures électriques – ils utilisent tous la force Ampère pour faire tourner leurs roues. Serrures électriques, portes d'ascenseur, etc. Haut-parleurs, haut-parleurs - dans eux, le champ magnétique d'une bobine avec du courant interagit avec le champ magnétique d'un aimant permanent, formant des ondes sonores. Enfin, dans les tokamaks, grâce à la force Ampère, le plasma est comprimé.

LOI D'AMPÈRE - la loi de l'interaction des courants continus. Créé par André Marie Ampère en 1820. De la loi d'Ampère, il résulte que les conducteurs parallèles avec des courants continus circulant dans une direction s'attirent et se repoussent dans la direction opposée. La loi d'Ampère est également la loi qui détermine la force avec laquelle un champ magnétique agit sur un petit segment d'un conducteur transportant un courant. La force avec laquelle le champ magnétique agit sur un élément d'un conducteur porteur de courant situé dans un champ magnétique est directement proportionnelle à l'intensité du courant I dans le conducteur et au produit vectoriel de l'élément de la longueur du conducteur et de l'induction magnétique :

La force avec laquelle le champ magnétique agit sur un élément d'un conducteur porteur de courant situé dans un champ magnétique est directement proportionnelle à l'intensité du courant I dans le conducteur et au produit vectoriel de l'élément de longueur du conducteur et de l'induction magnétique : où α est la angle entre l'induction magnétique et les vecteurs de courant.

APPLICATION DE LA LOI Un haut-parleur sert à exciter des ondes sonores sous l'influence d'un courant électrique alternatif qui évolue avec la fréquence sonore. Un haut-parleur électrodynamique (haut-parleur) utilise l'action du champ magnétique d'un aimant permanent sur un courant alternatif dans une bobine mobile.

Le schéma du dispositif haut-parleur est illustré à la figure 1. 22, a. La bobine acoustique ZK est située dans l'espace de l'aimant annulaire M. Un cône en papier - le diaphragme D - est relié rigidement à la bobine. Le diaphragme est monté sur des suspensions élastiques, lui permettant d'effectuer des oscillations forcées avec la bobine mobile. Un courant électrique alternatif traverse la bobine avec une fréquence égale à la fréquence audio du signal provenant d'un microphone ou de la sortie d'une radio, d'un lecteur ou d'un magnétophone. Sous l'action de la force Ampère, la bobine oscille le long de l'axe du haut-parleur OO 1 (voir Fig. 1.22, a) au rythme des fluctuations du courant. Ces vibrations sont transmises au diaphragme et la surface du diaphragme émet des ondes sonores. Les haut-parleurs de première classe reproduisent des vibrations sonores dans la plage de 40 à 15 000 Hz sans distorsion significative. Mais de tels dispositifs sont très complexes. Par conséquent, des systèmes de plusieurs haut-parleurs sont généralement utilisés, chacun reproduisant le son dans une certaine petite plage de fréquences. Un inconvénient commun à tous les haut-parleurs est leur faible efficacité. Ils n'émettent que 1 à 3 % de l'énergie qu'ils conduisent.

Le son dans une radio, un lecteur et un magnétophone résulte du mouvement d'une bobine conductrice de courant dans le champ d'un aimant permanent. Outre les haut-parleurs électromécaniques, les haut-parleurs basés sur l'effet piézoélectrique sont désormais largement utilisés. Cet effet se manifeste par une déformation de certains types de cristaux dans un champ électrostatique. Deux plaques piézo sont collées ensemble. Les plaques sont sélectionnées de telle sorte que l'une d'elles augmente en longueur sous l'influence du champ et l'autre diminue (voir Fig. 1.22, b). Le résultat est un élément qui se plie fortement sous l'influence d'un champ et, sous un champ électrique alternatif, crée une onde acoustique. Les haut-parleurs piézo sont très faciles à fabriquer et peuvent être très petits. En conséquence, ils sont largement utilisés dans les téléphones sans fil, les téléphones mobiles, les ordinateurs portables et les micro-ordinateurs. L'interaction des courants et l'effet piézoélectrique constituent la base du principe de fonctionnement des haut-parleurs modernes.

L'ÉLECTRODYNAMOMÈTRE DE WEBER La loi d'Ampère d'interaction des courants, ou, ce qui revient au même, des champs magnétiques générés par ces courants, est utilisée pour concevoir un type très courant d'instruments de mesure électrique : les appareils magnétoélectriques. Ils ont un cadre léger avec fil, monté sur une suspension élastique d'une conception ou d'une autre, capable de tourner dans un champ magnétique. L'ancêtre de tous les appareils magnétoélectriques est l'électrodynamomètre Weber (Fig. 4).

C'est cet appareil qui a permis de mener des études classiques de la loi d'Ampère. A l'intérieur de la bobine fixe U, une bobine mobile C, supportée par une fourche llў, est suspendue à une suspension bifilaire dont l'axe est perpendiculaire à l'axe de la bobine fixe. Lorsque le courant passe séquentiellement à travers les bobines, la bobine mobile a tendance à devenir parallèle à la bobine stationnaire et tourne, tordant la suspension bifilaire. Les angles de rotation sont mesurés à l'aide d'un miroir f fixé sur le cadre lў.

L'effet d'un champ magnétique sur un conducteur porteur de courant a été étudié expérimentalement par André Marie Ampère (1820). En modifiant la forme des conducteurs et leur emplacement dans le champ magnétique, Ampère a pu déterminer la force agissant sur une section distincte du conducteur avec du courant (élément de courant). En son honneur, cette force fut appelée force Ampère.

La force Ampère est la force avec laquelle un champ magnétique agit sur un conducteur porteur de courant qui y est placé.

D'après les données expérimentales, module de force F :

· proportionnel à la longueur du conducteur l situé dans le champ magnétique ;

· proportionnel au module d'induction du champ magnétique B ;

· proportionnel au courant dans le conducteur I ;

· dépend de l'orientation du conducteur dans le champ magnétique, c'est-à-dire sur l'angle α entre la direction du courant et le vecteur induction du champ magnétique B⃗.

Alors : le module de la force Ampère est égal au produit du module d'induction du champ magnétique B dans lequel se trouve le conducteur porteur de courant, la longueur de ce conducteur l, l'intensité du courant I dans celui-ci et le sinus de l'angle entre les directions du courant et le vecteur induction du champ magnétique,

où est l'intensité du courant dans le conducteur ;

Module vectoriel d'induction de champ magnétique ;

La longueur du conducteur situé dans le champ magnétique ;

L'angle entre le vecteur champ magnétique et la direction du courant dans un conducteur.

Cette formule peut être utilisée :

· si la longueur du conducteur est telle que l'induction en tous points du conducteur peut être considérée comme la même ;

· si le champ magnétique est uniforme (alors la longueur du conducteur peut être quelconque, mais tout le conducteur doit être dans le champ).

Pour déterminer la direction de la force Ampère, la règle de la main gauche est utilisée : si la paume de la main gauche est positionnée de manière à ce que le vecteur d'induction du champ magnétique () entre dans la paume, quatre doigts étendus indiquent la direction du courant (), alors le pouce plié à 90° indiquera la direction de la force Ampère () .

27) Loi Bio-Sava-Laplace et son application

La loi de Biot-Savart-Laplace détermine l'amplitude du vecteur induction magnétique en un point choisi arbitrairement situé dans un champ magnétique. Le champ est créé par du courant continu dans une certaine zone.

La formulation de la loi de Biot-Savart-Laplace est la suivante : Détermine au point A le champ d'induction créé par un élément conducteur avec du courant à distance de lui.

Où est un vecteur, modulo égal à la longueur de l'élément conducteur et coïncidant en direction avec le courant ; – rayon vecteur tracé depuis l'élément conducteur jusqu'au point A du champ ; – module du rayon vecteur ; – constante magnétique ; – Perméabilité magnétique relative (du milieu) ; - Intensité du courant (circulant dans le conducteur), dimension en SI-A

Direction du vecteur :

Le vecteur est perpendiculaire et dirigé tangentiellement à la ligne d'induction magnétique. Le sens est déterminé par la règle de la vis de droite : le sens de rotation de la tête de vis donne le sens si le mouvement vers l'avant de la vis correspond au sens du courant dans l'élément.

Application de la loi : champ magnétique continu

courant circulant à travers un mince fil droit de longueur infinie. En un point arbitraire A, éloigné de l'axe du conducteur à une distance R, les vecteurs dB de tous les éléments courants ont la même direction, perpendiculaire au plan du dessin (« vers vous »). Ainsi, l'ajout de vecteurs dB peut être remplacé par l'ajout de leurs modules. Comme constante d'intégration, nous choisissons l'angle a (l'angle entre les vecteurs dl et r), exprimant toutes les autres quantités à travers lui.

>> Application de la loi d'Ampère. Conférencier

§ 5 APPLICATION DE LA LOI D'AMPERE. CONFÉRENCIER

Connaissant la direction et l'ampleur de la force agissant sur n'importe quelle section d'un conducteur porteur de courant, vous pouvez calculer la force totale agissant sur l'ensemble du conducteur fermé. Pour ce faire, vous devez trouver la somme des forces agissant sur chaque section du conducteur transportant le courant.

La loi d'Ampère est utilisée pour calculer les forces agissant sur les conducteurs porteurs de courant dans de nombreux appareils techniques. En particulier dans les moteurs électriques, que nous avons découverts lors des cours précédents.

Analysons le dispositif haut-parleur.

Le haut-parleur sert exciter des ondes sonores sous l’influence d’un courant électrique alternatif qui change avec la fréquence sonore. Un haut-parleur électrodynamique (haut-parleur) utilise l'action du champ magnétique d'un aimant permanent sur un courant alternatif dans une bobine mobile.

Le schéma du circuit du haut-parleur est illustré à la figure 1.22, a. La bobine acoustique ZK est située dans l'espace de l'aimant annulaire M. Un cône en papier - le diaphragme D - est relié rigidement à la bobine. Le diaphragme est monté sur des suspensions élastiques, lui permettant d'effectuer des oscillations forcées avec la bobine mobile.

Un courant électrique alternatif traverse la bobine avec une fréquence égale à la fréquence audio du signal provenant d'un microphone ou de la sortie d'une radio, d'un lecteur ou d'un magnétophone. Sous l'influence de la force Ampère, la bobine oscille le long de l'axe du haut-parleur OO1(voir Fig. 1.22, a) en fonction des fluctuations du courant. Ces vibrations sont transmises au diaphragme et la surface du diaphragme émet des ondes sonores.

Les haut-parleurs de première classe reproduisent des vibrations sonores dans la plage de 40 à 15 000 Hz sans distorsion significative. Mais de tels dispositifs sont très complexes. Par conséquent, des systèmes de plusieurs haut-parleurs sont généralement utilisés, chacun reproduisant le son dans une certaine petite plage de fréquences. Un inconvénient commun à tous les haut-parleurs est leur faible efficacité. Ils n'émettent que 1 à 3 % de l'énergie qu'ils conduisent.

Le son dans une radio, un lecteur et un magnétophone résulte du mouvement d'une bobine conductrice de courant dans le champ d'un aimant permanent.

Outre les haut-parleurs électromécaniques, les haut-parleurs basés sur l'effet piézoélectrique sont désormais largement utilisés. Cet effet se manifeste par une déformation de certains types de cristaux dans un champ électrostatique. Deux plaques piézo sont collées ensemble. Les plaques sont sélectionnées de telle sorte que l'une d'elles augmente en longueur sous l'influence du champ et l'autre diminue (voir Fig. 1.22, b). Le résultat est un élément qui se plie fortement sous l'influence d'un champ et, sous un champ électrique alternatif, crée une onde acoustique. Les haut-parleurs piézo sont très faciles à fabriquer et peuvent être très petits. En conséquence, ils sont largement utilisés dans les téléphones sans fil, les téléphones mobiles, les ordinateurs portables et les micro-ordinateurs.

L'interaction des courants et l'effet piézoélectrique constituent la base du principe de fonctionnement des haut-parleurs modernes.

Indiquez la direction du vecteur induction magnétique, du courant électrique et de la force ampère sur le schéma du haut-parleur (voir Fig. 1.22).

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