Hukum Ampere
Pada artikel ini, kita akan membahas tentang hukum Ampere, salah satu hukum dasar elektrodinamika. Kekuatan Ampere sedang bekerja hari ini di banyak mesin dan instalasi listrik, dan berkat kekuatan Ampere di abad ke-20, kemajuan terkait elektrifikasi di banyak bidang produksi menjadi mungkin. Hukum Ampere bertahan hingga hari ini dan terus melayani teknik modern dengan setia. Jadi mari kita ingat kepada siapa kita berutang kemajuan ini dan bagaimana semuanya dimulai.
Pada tahun 1820, fisikawan besar Prancis Andre Marie Ampere mengumumkan penemuannya. Dia berbicara di Academy of Sciences tentang fenomena interaksi dua konduktor pembawa arus: konduktor dengan arus berlawanan saling tolak, dan dengan arus searah mereka menarik satu sama lain. Ampere juga menyarankan bahwa magnet sepenuhnya listrik.
Untuk beberapa waktu, ilmuwan tersebut melakukan eksperimennya dan akhirnya membenarkan asumsinya. Akhirnya, pada tahun 1826, ia menerbitkan The Theory of Electrodynamic Phenomena Derived Exclusively from Experience.Sejak saat itu, gagasan tentang fluida magnetis dianggap tidak perlu, karena magnetisme ternyata disebabkan oleh arus listrik.
Ampere menyimpulkan bahwa magnet permanen juga memiliki arus listrik di dalamnya, arus molekul dan atom melingkar tegak lurus terhadap sumbu yang melewati kutub magnet permanen. Kumparan berperilaku seperti magnet permanen di mana arus mengalir dalam spiral. Ampere menerima hak penuh untuk menyatakan dengan percaya diri: "semua fenomena magnetik direduksi menjadi aksi listrik."
Dalam perjalanan penelitiannya, Ampere juga menemukan hubungan antara gaya interaksi elemen arus dengan besaran arus tersebut, ia juga menemukan ungkapan untuk gaya ini. Ampère menunjukkan bahwa gaya interaksi arus tidak terpusat, seperti gaya gravitasi. Rumus yang diturunkan Ampere disertakan dalam setiap buku teks tentang elektrodinamika saat ini.
Ampere menemukan bahwa arus dari arah yang berlawanan tolak menolak dan arus dari arah yang sama menarik, jika arus tegak lurus maka tidak ada interaksi magnetik di antara keduanya. Ini adalah hasil penyelidikan ilmuwan tentang interaksi arus listrik sebagai akar penyebab sebenarnya dari interaksi magnetik. Ampere menemukan hukum interaksi mekanis arus listrik dan dengan demikian memecahkan masalah interaksi magnetik.
Untuk mengklarifikasi hukum yang dengannya gaya interaksi mekanis arus terkait dengan besaran lain, percobaan yang mirip dengan percobaan Ampere hari ini dapat dilakukan.Untuk melakukan ini, kabel yang relatif panjang dengan arus I1 dipasang diam, dan kabel pendek dengan arus I2 dibuat dapat digerakkan, misalnya, sisi bawah bingkai bergerak dengan arus akan menjadi kabel kedua. Rangka dihubungkan ke dinamometer untuk mengukur gaya F yang bekerja pada rangka ketika konduktor bertegangan sejajar.
Awalnya, sistem diseimbangkan dan jarak R antara kabel-kabel pengaturan eksperimental secara signifikan lebih kecil dibandingkan dengan panjang l kabel-kabel ini. Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengukur gaya tolak-menolak dari kawat.
Arus, baik pada kabel stasioner maupun bergerak, dapat diatur menggunakan rheostat. Dengan mengubah jarak R antara kabel, dengan mengubah arus di masing-masing kabel, Anda dapat dengan mudah menemukan dependensi, melihat bagaimana kekuatan interaksi mekanis kabel bergantung pada arus dan jarak.
Jika arus I2 dalam kerangka bergerak tidak berubah dan arus I1 dalam kabel stasioner meningkat beberapa kali lipat, maka gaya F dari interaksi kabel akan meningkat dengan jumlah yang sama. Demikian pula, situasinya berkembang jika arus I1 pada kabel tetap tidak berubah dan arus I2 dalam bingkai berubah, maka gaya interaksi F berubah dengan cara yang sama seperti ketika arus I1 berubah pada kabel stasioner dengan arus konstan I2 di bingkai. Jadi kita mencapai kesimpulan yang jelas - gaya interaksi kabel F berbanding lurus dengan I1 saat ini dan I2 saat ini.
Jika sekarang kita mengubah jarak R antara kabel yang berinteraksi, ternyata dengan bertambahnya jarak ini, gaya F berkurang dan berkurang dengan faktor yang sama dengan jarak R.Dengan demikian, gaya interaksi mekanis kabel F dengan arus I1 dan I2 berbanding terbalik dengan jarak R di antara keduanya.
Dengan memvariasikan ukuran l kawat yang dapat digerakkan, mudah untuk memastikan bahwa gaya juga berbanding lurus dengan panjang sisi yang berinteraksi.
Hasilnya, Anda dapat memasukkan faktor proporsionalitas dan menulis:
Rumus ini memungkinkan Anda untuk menemukan gaya F yang dengannya medan magnet yang dihasilkan oleh konduktor dengan panjang tak terhingga dengan arus I1 bekerja pada bagian paralel konduktor dengan arus I2, sedangkan panjang bagian adalah l dan R adalah jarak antara konduktor yang berinteraksi. Formula ini sangat penting dalam mempelajari magnetisme.
Rasio aspek dapat dinyatakan dalam konstanta magnetik sebagai:
Maka rumusnya akan berbentuk:
Gaya F sekarang disebut gaya Ampere, dan hukum yang menentukan besarnya gaya ini adalah hukum Ampere. Hukum Ampere juga disebut hukum yang menentukan gaya medan magnet yang bekerja pada bagian kecil dari konduktor pembawa arus:
«Gaya dF yang dengannya medan magnet bekerja pada elemen dl konduktor dengan arus dalam medan magnet berbanding lurus dengan kekuatan arus dI dalam konduktor dan produk vektor elemen dengan panjang dl dari konduktor dan induksi magnetik B «:
Arah gaya Ampere ditentukan oleh aturan untuk menghitung produk vektor, yang mudah diingat menggunakan aturan tangan kiri, yang mengacu pada hukum dasar teknik listrik, dan modulus gaya Ampere dapat dihitung dengan rumus:
Di sini, alpha adalah sudut antara vektor induksi magnetik dan arah arus.
Jelas, gaya Ampere maksimum ketika elemen konduktor pembawa arus tegak lurus terhadap garis induksi magnetik B.
Berkat kekuatan Ampere, banyak mesin listrik beroperasi saat ini, di mana kabel pembawa arus berinteraksi satu sama lain dan dengan medan elektromagnetik. Mayoritas generator dan motor dengan satu atau lain cara menggunakan daya Ampere dalam pekerjaannya. Rotor motor listrik berputar dalam medan magnet statornya karena gaya Ampere.
Kendaraan listrik: trem, kereta listrik, mobil listrik — semuanya menggunakan tenaga Ampere untuk membuat rodanya berputar. Kunci listrik, pintu elevator, dll. Pengeras suara, pengeras suara - di dalamnya medan magnet kumparan arus berinteraksi dengan medan magnet magnet permanen, membentuk gelombang suara. Akhirnya, plasma dikompresi dalam tokamak karena gaya Ampere.