Αγωγός παράλληλου ρεύματος

Όταν ένα ρεύμα ρέει μέσα από ένα καλώδιο, ένα μαγνητικό πεδίο θα δημιουργηθεί γύρω από το καλώδιο για να το προστατεύσει. Το μαγνητικό πεδίο σχηματίζει κυκλικούς βρόχους γύρω από το σύρμα και η ισχύς αυτών των βρόχων μειώνεται όσο αυξάνεται η απόσταση μεταξύ του σύρματος και του παρατηρητή. Για να προσδιοριστεί η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου, εφαρμόζεται ο κανόνας της λαβής του δεξιού χεριού:

• Τυλίξτε το δείκτη και το μεσαίο δάχτυλό σας γύρω από τον αγωγό που μεταφέρει ρεύμα

• Ο αντίχειρας υποδεικνύει την κατεύθυνση προς την οποία ρέει το ρεύμα.
• Το μαγνητικό πεδίο υποδεικνύεται από την κατεύθυνση των δακτύλων (συχνά περιγράφεται ως δεξιόστροφα ή αριστερόστροφα ανάλογα με την προβολή)

Δύο αγωγοί μεταφοράς ρεύματος

Στην περίπτωση δύο καλωδίων που φέρουν ρεύμα που είναι τοποθετημένα παράλληλα μεταξύ τους, τα μαγνητικά πεδία των καλωδίων θα αλληλεπιδράσουν, με αποτέλεσμα μια δύναμη που δρα μεταξύ των καλωδίων και του αγωγού. Το μέγεθος της δύναμης που ασκείται σε κάθε σύρμα είναι το ίδιο, αλλά οι κατευθύνσεις στις οποίες δρα είναι διαμετρικά αντίθετες. Αυτό ισχύει ακόμη και αν τα ρεύματα που μεταφέρονται από τους αγωγούς είναι ποικίλου μεγέθους.

Το παρακάτω διάγραμμα απεικονίζει δύο παραδείγματα στα οποία η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου γύρω από κάθε καλώδιο απεικονίζεται με τη σημείωση " • x" για να υποδείξει την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου. Το διάγραμμα Α απεικονίζει το ρεύμα που ρέει μέσω των καλωδίων προς την ίδια κατεύθυνση, ενώ το διάγραμμα Β απεικονίζει το ρεύμα που ρέει μέσα από τα καλώδια προς την αντίθετη κατεύθυνση:

Προσδιορισμός της κατεύθυνσης της δύναμης

Εξετάζοντας την κατεύθυνση των επιμέρους πεδίων στην περιοχή μεταξύ των αγωγών, μπορούμε να προσδιορίσουμε προς ποια κατεύθυνση κινείται η δύναμη:

• Χρησιμοποιώντας το Διάγραμμα Α, τα πεδία βρίσκονται σε αντίθεση μεταξύ τους, με αποτέλεσμα μια ελκτική δύναμη.

• Ομοίως, στο Διάγραμμα Β, τα πεδία είναι τα ίδια, με αποτέλεσμα μια απωθητική δύναμη.

Ο εμπειρικός κανόνας είναι ότι κάθε φορά που δύο αγωγοί έχουν ρεύμα που ρέει προς την ίδια κατεύθυνση, η δύναμη θα είναι ελκυστική και όποτε τα ρεύματα είναι αντίθετα μεταξύ τους, η δύναμη θα είναι απωστική.

Προσδιορισμός του μεγέθους της δύναμης μεταξύ δύο παράλληλων αγωγών

Το μέγεθος της δύναμης που ασκείται μεταξύ δύο παράλληλων αγωγών που φέρουν ρεύμα επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες, οι πιο σημαντικοί από τους οποίους είναι:

• Το ρεύμα που διαρρέει κάθε αγωγό.

• Το μήκος των αγωγών μετριέται σε μέτρα.

• Η απόσταση μεταξύ των αγωγών μετριέται σε μέτρα.

Το μέγεθος της δύναμης που ασκείται μεταξύ δύο παράλληλων αγωγών που φέρουν ρεύμα μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:…

Πού:

F/l είναι η δύναμη ανά μονάδα μήκους μεταξύ των αγωγών (σε Nm−1)

μ 0 είναι η μαγνητική διαπερατότητα του ελεύθερου χώρου (4π × 10−7 NA−2)*

Εγώ 1 είναι το ρεύμα στο καλώδιο 1 (σε A)

Εγώ 2 είναι το ρεύμα στο καλώδιο 2 (σε A)

r είναι η απόσταση που χωρίζει τους αγωγούς (σε m)

Είναι δυνατός ο υπολογισμός της δύναμης μεταξύ δύο μακρών ευθύγραμμων και παράλληλων αγωγών που χωρίζονται με απόσταση r χρησιμοποιώντας τις έννοιες που αναπτύξαμε στις προηγούμενες ενότητες. Το σχήμα 1 απεικονίζει τα καλώδια, τα ρεύματά τους, τα πεδία που δημιουργούν και τις δυνάμεις που ασκούν το ένα στο άλλο ως αποτέλεσμα των αλληλεπιδράσεών τους. Εξετάστε το πεδίο που παράγεται από το σύρμα 1 και τη δύναμη που ασκεί στο σύρμα 2 στο διάγραμμα (ονομάστε τη δύναμη F2). Σύμφωνα με τον τύπο, το πεδίο που οφείλεται στο I1 σε απόσταση r είναι

Ορισμός του αμπέρ

l είναι το μήκος ενός τμήματος παράλληλων συρμάτων που μεταφέρουν ρεύματα και η δύναμη μεταξύ τους είναι,

Ως αποτέλεσμα, η δύναμη ανά μονάδα μήκους του αγωγού είναι ίση με

Το αμπέρ ορίζεται ως εξής σύμφωνα με τις συνθήκες που αναφέρονται παραπάνω.

Όταν ένα σταθερό ρεύμα ρέει μέσα από δύο παράλληλους άπειρους μήκους ευθύγραμμους αγωγούς αμελητέας διατομής που είναι τοποθετημένοι σε απόσταση ενός μέτρου σε αέρα ή κενό, το ρεύμα δέχεται μια δύναμη 2 x 10-7 Newton ανά μονάδα μήκους του αγωγού, η οποία είναι γνωστή. ως αμπέρ.

Νόμος Biot Savart

Το μαγνητικό πεδίο που παράγεται σε ένα σημείο του χώρου που απέχει μια ορισμένη απόσταση από έναν αγωγό που μεταφέρει ρεύμα ορίζεται από το νόμο Biot-Savart στον μαγνητισμό και το μαγνητικό πεδίο που παράγεται από το ρεύμα που διαρρέει τον αγωγό είναι γνωστό ως επαγόμενο μαγνητικό πεδίο.

Σύμφωνα με τον Biot-law, ο Savart «το μαγνητικό πεδίο που οφείλεται σε έναν αγωγό που μεταφέρει ρεύμα σε ένα σημείο απόστασης είναι αντιστρόφως ανάλογο με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ του αγωγού και του σημείου και το μαγνητικό πεδίο είναι ευθέως ανάλογο με το μήκος του αγωγού. ρεύμα που διαρρέει τον αγωγό». Αυτό είναι γνωστό ως νόμος biot-Savart.

Μαθηματικά,

Πού, Β =ένταση μαγνητικού πεδίου

                 μ =διαπερατότητα ελεύθερου χώρου

Δ =αριθμός στροφών

Εγώ =ένταση ρεύματος

R =ακτίνα

Συμπέρασμα

Λόγω του διαχωρισμού τους με απόσταση r, η δύναμη μεταξύ δύο παράλληλων ρευμάτων I1 και I2 έχει μέγεθος ανά μονάδα μήκους που δίνεται από,

Εάν τα ρεύματα ρέουν προς την ίδια κατεύθυνση, η δύναμη είναι ελκυστική. εάν ρέουν προς αντίθετες κατευθύνσεις, η δύναμη είναι απωθητική.

Ένα αμπέρ είναι μια μονάδα ηλεκτρικού ρεύματος ίση με ένα Coulomb ανά δευτερόλεπτο ροής