安培定律

在本文中，我們將討論電動力學基本定律之一的安培定律。安培力今天在許多電機和裝置中發揮作用，並且由於 20 世紀的安培力，許多生產領域與電氣化相關的進步成為可能。安培定律至今依然堅定不移，繼續忠實地為現代工程服務。因此，讓我們記住這一進步歸功於誰，以及這一切是如何開始的。

1820年，偉大的法國物理學家安德烈瑪麗安培宣布了他的發現。他在科學院談到了兩個載流導體相互作用的現象：電流相反的導體相互排斥，直流電的導體相互吸引。安培還表明磁力完全是電的。

一段時間以來，這位科學家進行了他的實驗並最終證實了他的假設。最後，在 1826 年，他發表了完全從經驗中得出的電動力學現象理論。從那時起，磁性流體的想法被認為是不必要的，因為事實證明，磁性是由電流引起的。

安培得出結論，永磁體內部也有電流，圓形分子電流和原子電流垂直於穿過永磁體兩極的軸。線圈的行為就像一個永磁體，電流以螺旋方式流過該永磁體。安培獲得了自信斷言的充分權利：“所有磁現像都歸結為電作用。”

在他的研究工作中，安培還發現了電流元素的相互作用力與這些電流大小之間的關係，他還找到了這種力的表達式。安培指出電流的相互作用力並不像引力那樣位於中心。安培推導出的公式包含在當今每本電動力學教科書中。

安培發現，相反方向的電流相互排斥，同向的電流相互吸引，如果電流垂直則它們之間沒有磁相互作用。這是科學家將電流相互作用作為磁相互作用的真正根源進行調查的結果。安培發現了電流的機械相互作用定律，從而解決了磁相互作用的問題。

為了闡明電流的機械相互作用力與其他量相關的規律，今天可以進行類似安培實驗的實驗。為此，將帶有電流 I1 的相對較長的電線固定不動，將帶有電流 I2 的短電線固定為可移動的，例如，帶有電流的可移動框架的底部將是第二根電線。框架連接測力計，測量火線平行時作用在框架上的力F。

最初，系統是平衡的，實驗裝置的電線之間的距離 R 與這些電線的長度 l 相比要小得多。實驗的目的是測量導線的排斥力。

可以使用變阻器調節靜止和移動電線中的電流。通過改變電線之間的距離 R，通過改變每根電線中的電流，可以輕鬆找到相關性，了解電線的機械相互作用強度如何取決於電流和距離。

如果動坐標系中的電流I2不變，而靜止導線中的電流I1增加一定倍數，則導線相互作用的力F將增加相同的量。類似地，如果固定導線中的電流 I1 不變而框架中的電流 I2 發生變化，則相互作用力 F 的變化方式與固定導線中的電流 I1 變化相同，而固定導線中的電流 I2 恆定框架。因此我們得出明顯的結論——導線 F 的相互作用力與電流 I1 和電流 I2 成正比。

如果我們現在改變相互作用的線之間的距離 R，結果是隨著距離的增加，力 F 減小，並且減小的係數與距離 R 相同。因此，導線與電流 I1 和 I2 的機械相互作用力 F 與它們之間的距離 R 成反比。

通過改變可動線的尺寸 l，很容易確保力也與相互作用邊的長度成正比。

因此，您可以輸入比例因子並編寫：

這個公式可以讓你找到電流為I1的無限長導體產生的磁場作用在電流為I2的導體的平行截面上的力F，而該截面的長度為l，R為距離相互作用的導體之間。這個公式在磁學研究中極其重要。

縱橫比可以用磁常數表示為：

然後公式將採用以下形式：

力F現在稱為安培力，決定這個力大小的定律就是安培定律。安培定律也稱為確定磁場作用於載流導體的一小部分的力的定律：

«磁場作用在磁場中有電流的導體元件 dl 上的力 dF 與導體中電流強度 dI 和元件長度 dl 的矢量積成正比導體和磁感應強度 B «:

安培力的方向由矢量積的計算規則決定，用左手定則方便記憶，即 電氣工程基本定律, 安培力模量可以通過以下公式計算：

這裡，alpha 是磁感應矢量與電流方向之間的角度。

顯然，當載流導體的元件垂直於磁感應線 B 時，安培力最大。

多虧了安培的力量，今天許多電機都在運行，其中載流電線彼此相互作用並與電磁場相互作用。大多數發電機和電動機以某種方式在其工作中使用安培功率。由於安培力，電動機的轉子在定子的磁場中旋轉。

電動汽車：有軌電車、電動火車、電動汽車——它們都使用安培的能量來使它們的車輪最終轉動。電鎖、電梯門等。 揚聲器、擴音器——在它們裡面電流線圈的磁場與永磁體的磁場相互作用，形成聲波。最後，由於安培力，等離子體在託卡馬克中被壓縮。