Застосування сили Ампера. Вимірювальні прилади

Застосування сили Ампера. Вимірювальні прилади

Сила Ампера має широке застосування. Розглянемо поведінку рамки за струмом в полі постійних магнітів.

По рамці протікає струм. Силові лінії магнітного поля у просторі між магнітами спрямовані від північного полюсу до південного ( зліва направо). На ліву сторону рамки (АВ) діє сила Ампера, що спрямована вгору, на праву сторону рамки (СД) сила Ампера діє у напрямку донизу. Внаслідок дії сили Ампера рамка повертається. У другому положенні сили Ампера вже не повертають рамку зі струмом, а прагнуть її розтягнути. В цьому положенні рамка припиняє свій рух.

Обертання рамки у магнітному полі використано для створення електричного двигуна.

Прилади, призначені для перетворення енергії електричного струму на механічну називають електродвигунами.

В основі роботи приладу лежить дія сили Ампера.

Електродвигун складається з рамки (4), що розташована в полі двох полюсів магніту (3). Контакти рамки підключені до джерела струму (5).

Але, як ми бачили раніше, в певному положенні рамка зупиняється, і нам потрібно вирішити проблему безперервного обертання рамки у магнітному полі. Для цього до будови приладу додають колектор для зміни напряму струму, що складається з двох півкілець (1), до яких притиснуті щітки (2). Півкільця розділені зазором, одна зі щіток приєднана до позитивного полюсу, друга – до негативного. Тому під час обертання рамки півкільця повертаються з рамкою, а після проходження зазору вони притискаються вже до іншої щітки, напрям струму змінився на протилежний і сила Ампера продовжує обертати рамку.

Електродвигуни постійного струму застосовуються у електротранспорті: їх встановлюють в трамваях, тролейбусах, електровозах; їх використовують як стартери для двигунів внутрішнього згорання. Двигуни змінного струму використовуються у промисловості. Основними перевагами цих видів двигунів є високий ККД ( до 96 %), відсутність забруднення атмосфери викидами продуктів згоряння.

Використання сили Ампера також має широкий спектр і в будові електровимірювальних приладів.

Електровимірювальні прилади можуть бути різних систем:

· Магнітоелектричної системи;

· Електромагнітної системи;

· Електродинамічної системи.

Розглянемо схему та принцип дії приладів цих систем

До приладів магнітоелектричної системи відносять гальванометри, вольтметри, амперметри.

До приладів цієї системи входять магніт (1), в полі якого розташована рамка (4). При протіканні електричного струму рамка повертається під дією сили Ампера, стрілка (9), що прикріплена до рамки повертається разом із рамкою. При повороті рамки виникають додаткові сили пружності , що врівноважують поворот рамки. При невеликих силах струму кут повороту невеликий, при більших – більший. Стрілка показує значення вимірювальної величини.

Прилади магнітоелектричної системи мають високу чутливість та точність.

У приладах електромагнітної системи сталеве рухоме осердя (3) жорстко прикріплене до осі (2). При вмиканні приладу в мережу по котушці (1) протікає струм. Котушка створює магнітне поле, величина якого залежить від величини струму в дротах котушки. При цьому осердя, виконане з феромагнетику, намагнічується і втягується всередину котушки. При цьому повертається стрілка (4), вільний кінець якої рухається вздовж шкали (5). Для врівноваження повороту стрілки є спіральна пружина, яка під дією сили пружності зупиняє поворот стрілки.

Ці прилади мають меншу чутливість, ніж магнітоелектричні прилади. Але вони можуть витримати більші навантаження.

Прикладами приладів електродинамічної системи є гучномовці.

Наші вуха можуть фіксувати звукові хвилі частотою від 20 Гц до 20 кГц. Висота та гучність звуку визначається частотою та амплітудою коливань відповідно.

Ці коливання можуть бути створені та відтворені у приладах електродинамічної дії – гучномовцях.

До складу гучномовця входять кільцевий Ш – подібний магніт (1), котушка (2) та дифузор (3) – мембрана. Коли сила струму проходить через котушку, вона, створюючи власне магнітне поле починає втягуватися або виштовхуватися в зазор поля магніту. Оскільки дифузор жорстко з’єднаний з котушкою, коливання котушки викликають коливання дифузора. Струм змінюється зі звуковою частотою. Отже коливання дифузора ми сприймаємо як звукові коливання.

В гучномовці коливання струму викликають коливання дифузора, що породжує звукові хвилі. При невеликих силах струму гучність буде невеликою, при великих струмах – гучність буде великою. При низьких частотах струмів звук буде басовитим, при високих частотах – писклявим.

Гучномовець може працювати і у зворот ньому напрямку як електродинамічний мікрофон – сприймати звукові коливання та перетворювати їх на коливання електричного струму.