Примена дејства Амперове силе у техници

1820. дански физичар Ханс Кристијан Ерстед направио је фундаментално откриће: магнетну иглу компаса скреће жица која носи једносмерну електричну струју. Тако је научник у експерименту открио да је магнетно поље струје усмерено тачно окомито на струју, а не паралелно са њом, како би се могло претпоставити.

Француски физичар Андре-Мари Ампер је био толико инспирисан демонстрацијом Ерстедовог експеримента да је одлучио да самостално настави своја истраживања у овом правцу.

Ампер је успео да утврди да не само да магнетна игла одбија проводник са струјом, већ два паралелна проводника који воде једносмерне струје могу или да привлаче или одбијају један другог - у зависности од тога у којим се смеровима крећу у односу на друге струје у овим жице.

Испоставило се да електрична струја производи магнетно поље, а магнетно поље већ делује на другу струју.Ампер је закључио да жица која носи струју делује и на трајни магнет (стрелица) само зато што унутар магнета тече и многе микроскопске струје затвореним путањама, а у пракси, иако су магнетна поља у интеракцији, извори ових магнетних поља, струје , одбијају се. Не би било магнетне интеракције без струја.

Као резултат тога, исте 1820. године, Ампере је открио закон према коме директне електричне струје међусобно делују. Проводници са струјама усмереним у једном правцу се међусобно привлаче, а проводници са супротно усмереним струјама се међусобно одбијају (види - Амперов закон).

Као резултат свог експерименталног рада, Ампер је открио да сила која делује на жицу са струјом која се налази у магнетном пољу зависи линеарно и од величине струје И у жици и од величине индукције Б магнетног поља у који се поставља ова жица .

Амперов закон се може формулисати на следећи начин. Сила дФ којом магнетно поље делује на струјни елемент дИ који се налази у магнетном пољу индукције Б директно је пропорционална струји и векторском производу дужине проводног елемента дЛ магнетном индукцијом Б.

Правац Амперове силе може се одредити правилом леве руке. Ова сила је највећа када је жица окомита на линије магнетне индукције. У принципу, снага ампера за жицу дужине Л која носи струју И постављену у магнетно поље индукције Б под углом алфа према линијама силе магнетног поља једнака је:

Данас се може тврдити да све електричне компоненте у којима електромагнетно дејство покреће елемент у механичко кретање користе Амперову силу.

Принцип рада електромеханичких машина заснован је управо на овој сили, нпр. у електромотору… У сваком тренутку, током рада електромотора, део намотаја његовог ротора се креће у магнетном пољу струје дела намотаја статора. Ово је манифестација Амперове силе и Амперовог закона интеракције струја.

Овај принцип је можда најчешћи код електромотора, где електрична енергија се тако претвара у механичку енергију.

Генератор је, у принципу, исти електромотор, који остварује само обрнуту трансформацију: механичка енергија се претвара у електричну енергију (види — Како функционишу АЦ и ДЦ генератори?).

У мотору намотај ротора, кроз који протиче струја, доживљава дејство амперове силе из магнетног поља статора (на које у овом тренутку такође делује струја жељеног правца) и тако ротор мотора улази у ротационо кретање, ротација осовине са теретом.

Електрични аутомобили, трамваји, електрични возови и друга електрична возила доживљавају ротацију точкова захваљујући осовини која се ротира под дејством Амперове силе у АЦ или ДЦ погонском мотору. АЦ и ДЦ мотори користе ампере.

Електричне браве (врата лифта, капије итд.) раде на исти начин, једном речју - сви механизми где електромагнетно дејство доводи до механичког кретања.

На пример, у звучнику који производи звук у звучницима звучника, мембрана вибрира јер се калем са струјом одбија од магнетног поља трајног магнета око којег је постављен.Тако се формирају звучне вибрације — ампеража је променљива (пошто се струја у калему мења са фреквенцијом звука који треба да се репродукује) гура дифузор, стварајући звук.

Електрични мерни инструменти магнетоелектричног система (нпр. аналогни амперметри) укључују уграђени жичани оквир који се може уклонити између полова сталног магнета… Оквир је окачен на спиралне опруге, кроз које измерена електрична струја пролази кроз овај мерни уређај, односно кроз оквир.

Када струја пролази кроз оквир, на њега у магнетном пољу сталног магнета делује амперова сила, пропорционална величини дате струје, па се оквир ротира, деформишући опруге. Када се сила Ампера избалансира силом опруге, оквир престаје да се ротира и у том тренутку се могу очитати.

Стрелица је повезана са оквиром, која показује на степенасту скалу мерног уређаја. Испоставља се да је угао отклона стрелице пропорционалан укупној струји која пролази кроз оквир. Оквир се обично састоји од неколико окрета (види - Амперметар и волтметар уређај).