Η δράση ενός μαγνητικού πεδίου σε έναν αγωγό που μεταφέρει ρεύμα

Εάν προσπαθήσουμε να βάλουμε δύο πανομοιότυπους μόνιμους δακτυλίους μαγνήτες μαζί με αντίθετους πόλους, τότε κάποια στιγμή όταν πλησιάσουν, θα αρχίσουν να έλκονται όλο και περισσότερο ο ένας προς τον άλλον.

Και αν προσπαθήσετε να φέρετε τους ίδιους μαγνήτες πιο κοντά, αλλά με τους πόλους με το ίδιο όνομα, τότε σε μια ορισμένη απόσταση θα εμποδίσουν όλο και περισσότερο αυτή τη σύγκλιση, θα προσπαθήσουν να εξαπλωθούν στα πλάγια, σαν να απωθούνται μεταξύ τους.

Αυτό σημαίνει ότι κοντά στους μαγνήτες υπάρχει κάποια άυλη ύλη που παρουσιάζει αυτές τις ιδιότητες, ασκεί μηχανική επίδραση στους μαγνήτες και η ισχύς αυτού του φαινομένου δεν είναι η ίδια σε διαφορετικές αποστάσεις από τους μαγνήτες, όσο πιο κοντά είναι, τόσο ισχυρότερο είναι .Η άυλη αυτή ύλη ονομάζεται μαγνητικό πεδίο.

Η επιστήμη γνώριζε από καιρό ότι η πηγή ενός μαγνητικού πεδίου είναι ένα ηλεκτρικό ρεύμα. Στους μόνιμους μαγνήτες, αυτά τα μικρορεύματα βρίσκονται μέσα σε μόρια και άτομα, αλλά υπάρχουν πάρα πολλά τέτοια ρεύματα και το συνολικό μαγνητικό πεδίο είναι το μαγνητικό πεδίο μόνιμος μαγνήτης.

Αν πάρουμε ξεχωριστό σύρμα που μεταφέρει ρεύμα, τότε έχει και μαγνητικό πεδίο.Και αυτό το μαγνητικό πεδίο είναι σε θέση να αλληλεπιδρά με άλλα μαγνητικά πεδία με τον ίδιο τρόπο. Δηλαδή, ένας αγωγός που μεταφέρει ρεύμα αλληλεπιδρά με ένα εξωτερικό μαγνητικό πεδίο.

Ο νόμος της αλληλεπίδρασης ενός αγωγού με ένα ρεύμα και ένα μαγνητικό πεδίο θεσπίστηκε από έναν Γάλλο φυσικό Αντρέ-Μαρί Αμπέρ στο πρώτο μισό του 19ου αιώνα.

Το Ampere έδειξε πειραματικά ότι ένας αγωγός που μεταφέρει ρεύμα σε ένα μαγνητικό πεδίο επηρεάζεται από μια δύναμη της οποίας η κατεύθυνση και το μέγεθος εξαρτώνται από τα μεγέθη και τη σχετική θέση του ρεύματος και το διάνυσμα μαγνητικής επαγωγής του μαγνητικού πεδίου στο οποίο βρίσκεται ο αγωγός ρεύματος. Αυτή η δύναμη ονομάζεται σήμερα Δύναμη αμπέρ… Εδώ είναι η φόρμουλα του:

Εδώ:

α είναι η γωνία μεταξύ της κατεύθυνσης του ρεύματος και του διανύσματος μαγνητικής επαγωγής.

B — μαγνητική επαγωγή του εξωτερικού μαγνητικού πεδίου στη θέση του αγωγού που μεταφέρει ρεύμα.

I είναι η ποσότητα ρεύματος στο καλώδιο.

l είναι το ενεργό μήκος του καλωδίου που μεταφέρει ρεύμα.

Το μέγεθος της δύναμης που ενεργεί στην πλευρά του μαγνητικού πεδίου στον αγωγό που μεταφέρει ρεύμα είναι αριθμητικά ίσο με το γινόμενο του συντελεστή της μαγνητικής επαγωγής του μήκους του στοιχείου αγωγού που βρίσκεται στο μαγνητικό πεδίο και του μεγέθους του ρεύματος στον αγωγό, και είναι επίσης ανάλογο με το ημίτονο της γωνίας μεταξύ της κατεύθυνσης του ρεύματος και της κατεύθυνσης του διανύσματος μαγνητικής επαγωγής.

Η κατεύθυνση της δύναμης του αμπέρ καθορίζεται σύμφωνα με τον κανόνα του αριστερού χεριού: εάν το αριστερό χέρι είναι τοποθετημένο έτσι ώστε η κάθετη συνιστώσα του διανύσματος μαγνητικής επαγωγής Β να εισέρχεται στην παλάμη και τέσσερα τεντωμένα δάχτυλα κατευθύνονται προς την κατεύθυνση του ρεύματος, τότε ο αντίχειρας, λυγισμένος στις 90 μοίρες, θα υποδεικνύει την κατεύθυνση της δύναμης που επενεργεί σε ένα τμήμα σύρματος που μεταφέρει ρεύμα, δηλαδή την κατεύθυνση της δύναμης Ampere.

Εφόσον το μαγνητικό πεδίο υπακούει στην αρχή της υπέρθεσης των πεδίων, το μαγνητικό πεδίο του αγωγού που μεταφέρει ρεύμα και το μαγνητικό πεδίο στο οποίο βρίσκεται αυτός ο αγωγός αθροίζονται στον χώρο γύρω από τον αγωγό.

Ως αποτέλεσμα, η εικόνα της αλληλεπίδρασης του ρεύματος με το μαγνητικό πεδίο φαίνεται σαν το σύρμα να ωθείται από την περιοχή όπου το μαγνητικό πεδίο είναι περισσότερο συγκεντρωμένο στην περιοχή όπου το μαγνητικό πεδίο είναι λιγότερο συγκεντρωμένο.

Η περιοχή όπου το μαγνητικό πεδίο είναι ισχυρότερο μπορεί να φανταστεί κανείς ότι είναι γεμάτη με σφιχτά τεντωμένα νήματα, τα οποία τείνουν να ωθούν τον αγωγό προς την κατεύθυνση όπου τα νήματα είναι πιο αδύναμα.