Lei de Ampère

Neste artigo, falaremos sobre a lei de Ampère, uma das leis básicas da eletrodinâmica. A força do Ampère está em ação hoje em muitas máquinas e instalações elétricas e, graças à força do Ampère no século 20, os avanços relacionados à eletrificação em muitas áreas de produção tornaram-se possíveis. A lei de Ampere é inabalável até hoje e continua a servir fielmente à engenharia moderna. Então, vamos lembrar a quem devemos esse progresso e como tudo começou.

Em 1820, o grande físico francês André Marie Ampere anunciou sua descoberta. Ele falou na Academia de Ciências sobre o fenômeno da interação de dois condutores portadores de corrente: condutores com correntes opostas se repelem e com correntes diretas se atraem. Ampere também sugeriu que o magnetismo era inteiramente elétrico.

Por algum tempo, o cientista conduziu seus experimentos e acabou confirmando sua suposição. Finalmente, em 1826, ele publicou A teoria dos fenômenos eletrodinâmicos derivados exclusivamente da experiência.A partir daí, a ideia de um fluido magnético foi descartada como desnecessária, já que o magnetismo, como se viu, era causado por correntes elétricas.

Ampere concluiu que os ímãs permanentes também têm correntes elétricas dentro, correntes circulares moleculares e atômicas perpendiculares ao eixo que passa pelos pólos de um ímã permanente. A bobina se comporta como um ímã permanente através do qual a corrente flui em espiral. Ampere recebeu todo o direito de afirmar com segurança: "todos os fenômenos magnéticos são reduzidos a ações elétricas".

No decorrer de seu trabalho de pesquisa, Ampere também descobriu a relação entre a força de interação dos elementos atuais com as magnitudes dessas correntes, ele também encontrou uma expressão para essa força. Ampère apontou que as forças de interação das correntes não são centrais, como as forças gravitacionais. A fórmula que Ampere derivou está incluída em todos os livros didáticos de eletrodinâmica hoje.

Ampere descobriu que as correntes da direção oposta se repelem e as correntes da mesma direção se atraem, se as correntes são perpendiculares, não há interação magnética entre elas. Este é o resultado da investigação do cientista sobre as interações das correntes elétricas como as verdadeiras causas das interações magnéticas. Ampere descobriu a lei da interação mecânica das correntes elétricas e assim resolveu o problema das interações magnéticas.

Para esclarecer as leis pelas quais as forças de interação mecânica das correntes estão relacionadas a outras quantidades, é possível realizar um experimento semelhante ao experimento de Ampere hoje.Para fazer isso, um fio relativamente longo com corrente I1 é fixado estacionário, e um fio curto com corrente I2 é tornado móvel, por exemplo, o segundo fio será o lado inferior do quadro móvel com corrente. A estrutura é conectada a um dinamômetro para medir a força F que atua na estrutura quando os condutores energizados estão paralelos.

Inicialmente, o sistema está balanceado e a distância R entre os fios da montagem experimental é significativamente menor em relação ao comprimento l desses fios. O objetivo do experimento é medir a força repulsiva dos fios.

A corrente, tanto em fios estacionários quanto em movimento, pode ser regulada por meio de reostatos. Mudando a distância R entre os fios, mudando a corrente em cada um deles, pode-se facilmente encontrar dependências, veja como a força da interação mecânica dos fios depende da corrente e da distância.

Se a corrente I2 no quadro móvel permanecer inalterada e a corrente I1 no fio estacionário aumentar um certo número de vezes, a força F da interação dos fios aumentará na mesma quantidade. Da mesma forma, a situação se desenvolve se a corrente I1 no fio fixo permanecer inalterada e a corrente I2 no quadro mudar, então a força de interação F mudará da mesma forma que quando a corrente I1 mudar no fio estacionário com uma corrente constante I2 em a moldura. Assim chegamos à conclusão óbvia — a força de interação dos fios F é diretamente proporcional à corrente I1 e à corrente I2.

Se mudarmos agora a distância R entre os fios em interação, veremos que, à medida que essa distância aumenta, a força F diminui e diminui pelo mesmo fator que a distância R.Assim, a força da interação mecânica F dos fios com as correntes I1 e I2 é inversamente proporcional à distância R entre eles.

Variando o tamanho l do fio móvel, é fácil garantir que a força também seja diretamente proporcional ao comprimento do lado de interação.

Como resultado, você pode inserir o fator de proporcionalidade e escrever:

Esta fórmula permite encontrar a força F com a qual o campo magnético gerado por um condutor infinitamente longo com uma corrente I1 atua em uma seção paralela de um condutor com uma corrente I2, enquanto o comprimento da seção é l e R é a distância entre os condutores em interação. Esta fórmula é extremamente importante no estudo do magnetismo.

A razão de aspecto pode ser expressa em termos da constante magnética como:

Então a fórmula terá a forma:

A força F agora é chamada de força de Ampere, e a lei que determina a magnitude dessa força é a lei de Ampere. A lei de Ampere também é chamada de lei que determina a força com a qual um campo magnético atua em uma pequena seção de um condutor de corrente:

«A força dF com a qual o campo magnético atua no elemento dl do condutor com uma corrente no campo magnético é diretamente proporcional à intensidade da corrente dI no condutor e o produto vetorial do elemento com o comprimento dl do condutor e indução magnética B «:

A direção da força de Ampere é determinada pela regra de cálculo do produto vetorial, que é conveniente lembrar usando a regra da mão esquerda, que se refere a leis básicas da engenharia elétrica, e o módulo de força Ampere pode ser calculado pela fórmula:

Aqui, alfa é o ângulo entre o vetor de indução magnética e a direção da corrente.

Obviamente, a força Ampère é máxima quando o elemento do condutor condutor de corrente é perpendicular às linhas de indução magnética B.

Graças ao poder de Ampere, muitas máquinas elétricas operam hoje, onde os fios condutores de corrente interagem entre si e com um campo eletromagnético. A maioria dos geradores e motores, de uma forma ou de outra, usa a potência Ampere em seu trabalho. Os rotores dos motores elétricos giram no campo magnético de seus estatores devido à força de Ampère.

Veículos elétricos: bondes, trens elétricos, carros elétricos – todos eles usam o poder do Ampere para fazer suas rodas girarem. Fechaduras elétricas, portas de elevador, etc. Alto-falantes, alto-falantes - neles o campo magnético da bobina de corrente interage com o campo magnético de um imã permanente, formando ondas sonoras. Finalmente, o plasma é comprimido em tokamaks devido à força de Ampere.