2020-10-12
134
Закон Ампера лежит в основе работы многих электротехнических устройств.
К ним относятся электродвигатели, различные электроизмерительные приборы, в частности, приборы магнитоэлектрической системы. Последние состоят из постоянного магнита, создающего поле, в котором находится катушка в виде рамки, способная поворачиваться вокруг оси, когда по ней течет ток (рисунок).
К катушке прикреплена стрелка и спиральная пружина, создающая возвращающий момент 
,пропорциональный углу поворота 
.
, (1)
где 
– коэффициент упругости пружины.
Магнит и магнитопровод имеют такую форму, что поле в зазоре направлено по радиусу катушки и одинаковое для рамки при ее повороте в пределах угла. Поэтому со стороны катушки с током 
действует постоянная касательная пара сил, создающих вращающий момент:
, (2)
где 
, 
– размер катушки.
С учетом того, что угол между 
и 
в любом положении рамки равен 
, принимая во внимание выражение (
) для модуля момента пары
сил, получаем:
|
|
|
, но 
,
тогда 
. (3)
Так как катушка содержит 
витков, то уравнение (3) примет вид:
. (4)
При протекании постоянного тока через рамку поворот ее прекращается при условии равенства моментов. Поэтому, приравнивая (
) и (4),приходим к условию равновесия:
. (5)
Разделив обе части (5) на произведение 
, получаем: слева силу Ампера, справа – соответствующее показание крутильных весов:
(6)
Вид сбоку и спереди на механизм взаимодействия магнитного поля и рамки с током:
1 – спиралевидная пружина, создающая уравновешивающий вращательный момент; 2 – рамка с током; 3 – магнитопровод, создающий однородное поле для рамки с током; 4 – ось вращения рамки с током
В данной работе ток измеряется внешним прибором большого класса точности. Приборы магнитно-электрической системы используются как крутильные весы, шкала которых проградуирована в градусах угла поворота. Сила, действующая на проводник с током, в них определяется согласно правой части уравнения (
) соотношением
. (7)
