अँपिअरचा कायदा

या लेखात, आपण इलेक्ट्रोडायनामिक्सच्या मूलभूत नियमांपैकी एक असलेल्या अँपिअरच्या कायद्याबद्दल बोलू. आज अनेक इलेक्ट्रिकल मशीन्स आणि इंस्टॉलेशन्समध्ये अँपिअरची शक्ती कार्यरत आहे आणि 20 व्या शतकात अँपिअरच्या शक्तीमुळे उत्पादनाच्या अनेक क्षेत्रांमध्ये विद्युतीकरणाशी संबंधित प्रगती शक्य झाली. अँपिअरचा कायदा आजपर्यंत स्थिर आहे आणि आधुनिक अभियांत्रिकीची सेवा प्रामाणिकपणे करत आहे. चला तर मग लक्षात ठेवूया की ही प्रगती आपण कोणाला देतो आणि हे सर्व कसे सुरू झाले.

1820 मध्ये, महान फ्रेंच भौतिकशास्त्रज्ञ आंद्रे मेरी अँपेरे यांनी त्याच्या शोधाची घोषणा केली. दोन वर्तमान-वाहक कंडक्टरच्या परस्परसंवादाच्या घटनेबद्दल त्यांनी अकादमी ऑफ सायन्सेसमध्ये सांगितले: विरुद्ध प्रवाह असलेले कंडक्टर एकमेकांना मागे टाकतात आणि थेट प्रवाहाने ते एकमेकांना आकर्षित करतात. अँपिअरने असेही सुचवले की चुंबकत्व पूर्णपणे विद्युतीय आहे.

काही काळ, शास्त्रज्ञाने त्याचे प्रयोग केले आणि अखेरीस त्याच्या गृहीतकाची पुष्टी केली. शेवटी, 1826 मध्ये, त्यांनी केवळ अनुभवातून व्युत्पन्न केलेल्या इलेक्ट्रोडायनामिक घटनांचा सिद्धांत प्रकाशित केला.तेव्हापासून, चुंबकीय द्रवपदार्थाची कल्पना अनावश्यक म्हणून फेटाळण्यात आली, कारण चुंबकत्व, विद्युत प्रवाहांमुळे होते.

अँपिअरने असा निष्कर्ष काढला की स्थायी चुंबकाच्या आत विद्युत प्रवाह, वर्तुळाकार आण्विक आणि अणू प्रवाह कायम चुंबकाच्या ध्रुवांमधून जाणार्‍या अक्षाला लंब असतात. कॉइल कायम चुंबकाप्रमाणे वागते ज्याद्वारे विद्युत प्रवाह सर्पिलमध्ये वाहतो. अँपिअरला आत्मविश्वासाने ठामपणे सांगण्याचा पूर्ण अधिकार प्राप्त झाला: "सर्व चुंबकीय घटना विद्युत क्रियांमध्ये कमी केल्या जातात."

त्याच्या संशोधन कार्यादरम्यान, अँपिअरने या प्रवाहांच्या परिमाणांसह वर्तमान घटकांच्या परस्परसंवादाच्या शक्तीमधील संबंध देखील शोधला, त्याला या शक्तीसाठी एक अभिव्यक्ती देखील सापडली. अँपेरेने निदर्शनास आणून दिले की प्रवाहांच्या परस्परसंवादाची शक्ती गुरुत्वाकर्षण शक्तींसारखी मध्यवर्ती नसतात. अँपिअरने काढलेले सूत्र आज इलेक्ट्रोडायनामिक्सवरील प्रत्येक पाठ्यपुस्तकात समाविष्ट आहे.

अँपिअर असे आढळले की विरुद्ध दिशेकडून येणारे प्रवाह मागे टाकतात आणि त्याच दिशेने येणारे प्रवाह आकर्षित करतात, जर प्रवाह लंब असतील तर त्यांच्यामध्ये चुंबकीय परस्परसंवाद होत नाही. चुंबकीय परस्परसंवादाची खरी मूळ कारणे म्हणून विद्युत प्रवाहांच्या परस्परसंवादाच्या वैज्ञानिकांच्या तपासणीचा हा परिणाम आहे. अँपिअरने विद्युत प्रवाहांच्या यांत्रिक परस्परसंवादाचा नियम शोधून काढला आणि अशा प्रकारे चुंबकीय परस्परसंवादाची समस्या सोडवली.

प्रवाहांच्या यांत्रिक परस्परसंवादाची शक्ती इतर प्रमाणांशी संबंधित असलेल्या नियमांचे स्पष्टीकरण करण्यासाठी, आज अँपिअरच्या प्रयोगाप्रमाणेच प्रयोग करणे शक्य आहे.हे करण्यासाठी, वर्तमान I1 सह एक तुलनेने लांब वायर स्थिर स्थिर आहे, आणि वर्तमान I2 सह एक लहान वायर जंगम बनविली जाते, उदाहरणार्थ, करंट असलेल्या जंगम फ्रेमची खालची बाजू दुसरी वायर असेल. लाइव्ह कंडक्टर समांतर असतात तेव्हा फ्रेमवर कार्य करणारे बल F मोजण्यासाठी फ्रेम डायनामोमीटरशी जोडलेली असते.

सुरुवातीला, प्रणाली संतुलित आहे आणि प्रायोगिक सेटअपच्या तारांमधील अंतर R या तारांच्या लांबीच्या तुलनेत लक्षणीयरीत्या कमी आहे. तारांचे तिरस्करणीय बल मोजणे हा प्रयोगाचा उद्देश आहे.

रियोस्टॅट्स वापरून स्थिर आणि फिरत्या दोन्ही तारांमध्ये विद्युतप्रवाह नियंत्रित केला जाऊ शकतो. तारांमधील अंतर R बदलून, त्या प्रत्येकामध्ये विद्युतप्रवाह बदलून, एखाद्याला सहजपणे अवलंबित्व शोधता येते, तारांच्या यांत्रिक परस्परसंवादाची ताकद विद्युत् प्रवाह आणि अंतरावर कशी अवलंबून असते ते पहा.

जर मूव्हिंग फ्रेममधील वर्तमान I2 अपरिवर्तित असेल आणि स्थिर वायरमधील वर्तमान I1 ठराविक पटीने वाढला असेल, तर तारांच्या परस्परसंवादाचे बल F समान प्रमाणात वाढेल. त्याचप्रमाणे, जर स्थिर वायरमधील वर्तमान I1 अपरिवर्तित असेल आणि फ्रेममधील वर्तमान I2 बदलला तर परिस्थिती विकसित होते, तर परस्परसंवाद बल F त्याच प्रकारे बदलते ज्याप्रमाणे स्थिर वायरमध्ये वर्तमान I1 बदलते तेव्हा I2 मध्ये स्थिर प्रवाह असतो. फ्रेम अशा प्रकारे आपण स्पष्ट निष्कर्षापर्यंत पोहोचतो — F तारांच्या परस्परसंवादाची शक्ती वर्तमान I1 आणि वर्तमान I2 च्या थेट प्रमाणात असते.

जर आपण आता परस्परसंवाद करणार्‍या तारांमधील अंतर R बदलले तर असे दिसून येते की हे अंतर जसजसे वाढते तसतसे F बल कमी होते आणि अंतर R च्या समान घटकाने कमी होते.अशा प्रकारे, I1 आणि I2 प्रवाहांसह तारांच्या यांत्रिक परस्पर क्रिया F चे बल त्यांच्यातील अंतर R च्या व्यस्त प्रमाणात आहे.

जंगम वायरचा आकार l बदलून, हे सुनिश्चित करणे सोपे आहे की बल देखील परस्परसंवादी बाजूच्या लांबीच्या थेट प्रमाणात आहे.

परिणामी, तुम्ही आनुपातिकता घटक प्रविष्ट करू शकता आणि लिहू शकता:

हे सूत्र तुम्हाला F असे बल शोधण्याची परवानगी देते ज्याद्वारे विद्युत् I1 सह असीम लांब कंडक्टरद्वारे निर्माण केलेले चुंबकीय क्षेत्र विद्युत् I2 सह कंडक्टरच्या समांतर विभागावर कार्य करते, तर विभागाची लांबी l आणि R हे अंतर आहे. परस्परसंवादी कंडक्टर दरम्यान. चुंबकत्वाच्या अभ्यासात हे सूत्र अत्यंत महत्त्वाचे आहे.

गुणोत्तर चुंबकीय स्थिरांकाच्या संदर्भात व्यक्त केले जाऊ शकते:

मग सूत्र फॉर्म घेईल:

F ला आता अँपिअरचे बल म्हटले जाते आणि या बलाची परिमाण ठरवणारा कायदा म्हणजे अँपिअरचा नियम. अँपिअरच्या कायद्याला एक कायदा देखील म्हणतात जो विद्युत प्रवाह वाहून नेणाऱ्या कंडक्टरच्या लहान भागावर चुंबकीय क्षेत्र कोणत्या बलाने कार्य करतो हे निर्धारित करतो:

चुंबकीय क्षेत्रामध्ये विद्युत् प्रवाह असलेल्या कंडक्टरच्या घटक dl वर चुंबकीय क्षेत्र कार्य करते ते बल dF कंडक्टरमधील वर्तमान dI च्या सामर्थ्याशी आणि घटकाच्या वेक्टर उत्पादनाच्या लांबीच्या dl च्या थेट प्रमाणात असते. कंडक्टर आणि चुंबकीय प्रेरण बी «:

अँपिअरच्या बलाची दिशा वेक्टर उत्पादनाची गणना करण्याच्या नियमाद्वारे निर्धारित केली जाते, जो डावीकडील नियम वापरून लक्षात ठेवण्यास सोयीस्कर आहे, ज्याचा संदर्भ आहे इलेक्ट्रिकल अभियांत्रिकीचे मूलभूत कायदे, आणि अँपिअर फोर्स मॉड्यूलसची गणना सूत्राद्वारे केली जाऊ शकते:

येथे, अल्फा हा चुंबकीय प्रेरण वेक्टर आणि वर्तमान दिशा यांच्यातील कोन आहे.

स्पष्टपणे, जेव्हा विद्युत्-वाहक कंडक्टरचा घटक चुंबकीय प्रेरण B च्या रेषांना लंब असतो तेव्हा अँपिअर बल कमाल असते.

अँपिअरच्या सामर्थ्याबद्दल धन्यवाद, आज अनेक इलेक्ट्रिकल मशीन कार्यरत आहेत, जेथे विद्युत-वाहक तारा एकमेकांशी आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डसह संवाद साधतात. बहुसंख्य जनरेटर आणि मोटर्स एक किंवा दुसर्या मार्गाने त्यांच्या कामात अँपिअर पॉवर वापरतात. विद्युत मोटर्सचे रोटर्स त्यांच्या स्टेटर्सच्या चुंबकीय क्षेत्रात अँपिअरच्या बलामुळे फिरतात.

इलेक्ट्रिक वाहने: स्ट्रीट कार, इलेक्ट्रिक गाड्या, इलेक्ट्रिक कार — ते सर्व त्यांची चाके वळवण्यासाठी अँपिअरची शक्ती वापरतात. विजेचे कुलूप, लिफ्टचे दरवाजे इ. लाऊडस्पीकर, लाऊडस्पीकर - त्यामध्ये चालू कॉइलचे चुंबकीय क्षेत्र कायम चुंबकाच्या चुंबकीय क्षेत्राशी संवाद साधून ध्वनी लहरी तयार करतात. शेवटी, अँपिअरच्या बलामुळे प्लाझ्मा टोकामाक्समध्ये संकुचित केला जातो.