ఆంపియర్ యొక్క చట్టం

ఈ వ్యాసంలో, ఎలక్ట్రోడైనమిక్స్ యొక్క ప్రాథమిక నియమాలలో ఒకటైన ఆంపియర్ చట్టం గురించి మాట్లాడుతాము. అనేక ఎలక్ట్రికల్ మెషీన్లు మరియు ఇన్‌స్టాలేషన్‌లలో ఆంపియర్ యొక్క శక్తి నేడు పని చేస్తోంది మరియు 20వ శతాబ్దంలో ఆంపియర్ యొక్క శక్తికి ధన్యవాదాలు, ఉత్పత్తి యొక్క అనేక రంగాలలో విద్యుదీకరణకు సంబంధించిన పురోగతి సాధ్యమైంది. ఆంపియర్ యొక్క చట్టం నేటికీ స్థిరంగా ఉంది మరియు ఆధునిక ఇంజనీరింగ్‌కు నమ్మకంగా సేవలను అందిస్తోంది. కాబట్టి ఈ పురోగతికి మనం ఎవరికి రుణపడి ఉంటామో మరియు ఇదంతా ఎలా ప్రారంభమైందో గుర్తుంచుకోండి.

1820 లో, గొప్ప ఫ్రెంచ్ భౌతిక శాస్త్రవేత్త ఆండ్రీ మేరీ ఆంపియర్ తన ఆవిష్కరణను ప్రకటించారు. అతను రెండు కరెంట్-వాహక కండక్టర్ల పరస్పర చర్య యొక్క దృగ్విషయం గురించి అకాడమీ ఆఫ్ సైన్సెస్‌లో మాట్లాడాడు: వ్యతిరేక ప్రవాహాలతో కండక్టర్లు ఒకదానికొకటి తిప్పికొట్టారు మరియు ప్రత్యక్ష ప్రవాహాలతో వారు ఒకరినొకరు ఆకర్షిస్తారు. అయస్కాంతత్వం పూర్తిగా విద్యుత్‌తో కూడుకున్నదని కూడా ఆంపియర్ సూచించాడు.

కొంతకాలం, శాస్త్రవేత్త తన ప్రయోగాలను నిర్వహించాడు మరియు చివరికి అతని ఊహను ధృవీకరించాడు. చివరగా, 1826లో, అతను ఎక్స్‌క్లూజివ్‌గా ఎక్స్‌క్లూజివ్‌గా ఎక్స్‌పీరియన్స్ నుండి ఉద్భవించిన ఎలక్ట్రోడైనమిక్ దృగ్విషయాన్ని ప్రచురించాడు.అప్పటి నుండి, అయస్కాంత ద్రవం యొక్క ఆలోచన అనవసరమైనదిగా కొట్టివేయబడింది, ఎందుకంటే అయస్కాంతత్వం, విద్యుత్ ప్రవాహాల వల్ల సంభవించింది.

శాశ్వత అయస్కాంతాల లోపల విద్యుత్ ప్రవాహాలు, శాశ్వత అయస్కాంతం యొక్క ధ్రువాల గుండా వెళుతున్న అక్షానికి లంబంగా వృత్తాకార పరమాణు మరియు పరమాణు ప్రవాహాలు కూడా ఉన్నాయని ఆంపియర్ నిర్ధారించారు. కాయిల్ శాశ్వత అయస్కాంతం వలె ప్రవర్తిస్తుంది, దీని ద్వారా కరెంట్ మురిలో ప్రవహిస్తుంది. ఆంపియర్ నమ్మకంగా నొక్కి చెప్పే పూర్తి హక్కును పొందింది: "అన్ని అయస్కాంత దృగ్విషయాలు విద్యుత్ చర్యలకు తగ్గించబడ్డాయి."

తన పరిశోధనా పనిలో, ఆంపియర్ ఈ ప్రవాహాల పరిమాణంతో ప్రస్తుత మూలకాల పరస్పర చర్య యొక్క శక్తి మధ్య సంబంధాన్ని కూడా కనుగొన్నాడు, అతను ఈ శక్తికి వ్యక్తీకరణను కూడా కనుగొన్నాడు. ప్రవాహాల సంకర్షణ శక్తులు గురుత్వాకర్షణ శక్తుల వలె కేంద్రంగా ఉండవని ఆంపియర్ సూచించాడు. ఆంపియర్ రూపొందించిన సూత్రం నేడు ఎలక్ట్రోడైనమిక్స్‌పై ప్రతి పాఠ్య పుస్తకంలో చేర్చబడింది.

వ్యతిరేక దిశ నుండి వచ్చే ప్రవాహాలు తిప్పికొడతాయి మరియు అదే దిశ నుండి ప్రవాహాలు ఆకర్షిస్తాయని ఆంపియర్ కనుగొంది, ప్రవాహాలు లంబంగా ఉంటే వాటి మధ్య అయస్కాంత పరస్పర చర్య ఉండదు. ఇది అయస్కాంత పరస్పర చర్యల యొక్క నిజమైన మూల కారణాలుగా విద్యుత్ ప్రవాహాల పరస్పర చర్యలపై శాస్త్రవేత్త యొక్క పరిశోధన యొక్క ఫలితం. ఆంపియర్ విద్యుత్ ప్రవాహాల యొక్క యాంత్రిక పరస్పర చర్య యొక్క చట్టాన్ని కనుగొన్నాడు మరియు తద్వారా అయస్కాంత పరస్పర చర్యల సమస్యను పరిష్కరించాడు.

ప్రవాహాల యొక్క యాంత్రిక పరస్పర చర్య యొక్క శక్తులు ఇతర పరిమాణాలకు సంబంధించిన చట్టాలను స్పష్టం చేయడానికి, నేడు ఆంపియర్ యొక్క ప్రయోగానికి సమానమైన ప్రయోగాన్ని నిర్వహించడం సాధ్యమవుతుంది.దీన్ని చేయడానికి, ప్రస్తుత I1 తో సాపేక్షంగా పొడవైన వైర్ స్థిరంగా స్థిరంగా ఉంటుంది మరియు కరెంట్ I2తో ఒక చిన్న వైర్ కదిలేలా చేయబడుతుంది, ఉదాహరణకు, కరెంట్‌తో కదిలే ఫ్రేమ్ యొక్క దిగువ వైపు రెండవ వైర్ ఉంటుంది. లైవ్ కండక్టర్లు సమాంతరంగా ఉన్నప్పుడు ఫ్రేమ్‌పై పనిచేసే F ఫోర్స్‌ను కొలవడానికి ఫ్రేమ్ డైనమోమీటర్‌కు కనెక్ట్ చేయబడింది.

ప్రారంభంలో, సిస్టమ్ సమతుల్యంగా ఉంటుంది మరియు ఈ వైర్ల పొడవు lతో పోలిస్తే ప్రయోగాత్మక సెటప్ యొక్క వైర్ల మధ్య దూరం R గణనీయంగా తక్కువగా ఉంటుంది. ప్రయోగం యొక్క ఉద్దేశ్యం వైర్ల యొక్క వికర్షక శక్తిని కొలవడం.

కరెంట్, స్థిర మరియు కదిలే తీగలు రెండింటిలోనూ, రియోస్టాట్‌లను ఉపయోగించి నియంత్రించవచ్చు. వైర్ల మధ్య దూరాన్ని R మార్చడం ద్వారా, వాటిలో ప్రతిదానిలో ప్రస్తుతాన్ని మార్చడం ద్వారా, సులభంగా డిపెండెన్సీలను కనుగొనవచ్చు, వైర్ల యొక్క యాంత్రిక పరస్పర చర్య యొక్క బలం ప్రస్తుత మరియు దూరంపై ఎలా ఆధారపడి ఉంటుందో చూడండి.

కదిలే ఫ్రేమ్‌లోని ప్రస్తుత I2 మారకపోతే మరియు స్థిరమైన వైర్‌లోని ప్రస్తుత I1 నిర్దిష్ట సంఖ్యలో సార్లు పెరిగితే, అప్పుడు వైర్ల పరస్పర చర్య యొక్క శక్తి F అదే మొత్తంలో పెరుగుతుంది. అదేవిధంగా, స్థిర వైర్‌లోని ప్రస్తుత I1 మారకుండా మరియు ఫ్రేమ్‌లోని ప్రస్తుత I2 మారితే పరిస్థితి అభివృద్ధి చెందుతుంది, అప్పుడు స్థిరమైన కరెంట్ I2తో స్థిరమైన వైర్‌లో ప్రస్తుత I1 మారినప్పుడు పరస్పర చర్య F కూడా అదే విధంగా మారుతుంది. ఫ్రేమ్. అందువలన మేము స్పష్టమైన ముగింపుకు చేరుకుంటాము - వైర్లు F ​​పరస్పర చర్య యొక్క శక్తి ప్రస్తుత I1 మరియు ప్రస్తుత I2కి నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది.

మనం ఇప్పుడు ఇంటరాక్టింగ్ వైర్ల మధ్య R దూరాన్ని మార్చినట్లయితే, ఈ దూరం పెరిగేకొద్దీ, F శక్తి తగ్గుతుంది మరియు దూరం R వలె అదే కారకం ద్వారా తగ్గుతుంది.అందువలన, I1 మరియు I2 ప్రవాహాలతో వైర్ల యొక్క యాంత్రిక పరస్పర చర్య F యొక్క శక్తి వాటి మధ్య దూరం Rకి విలోమానుపాతంలో ఉంటుంది.

కదిలే వైర్ యొక్క పరిమాణాన్ని l మార్చడం ద్వారా, శక్తి పరస్పర చర్య చేసే వైపు పొడవుకు నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉండేలా చేయడం సులభం.

ఫలితంగా, మీరు అనుపాత కారకాన్ని నమోదు చేసి వ్రాయవచ్చు:

ఈ ఫార్ములా F ఫోర్స్‌ను కనుగొనడానికి మిమ్మల్ని అనుమతిస్తుంది, దీనితో అనంతమైన పొడవైన కండక్టర్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన అయస్కాంత క్షేత్రం ప్రస్తుత I2తో కండక్టర్ యొక్క సమాంతర విభాగంలో పనిచేస్తుంది, అయితే విభాగం యొక్క పొడవు l మరియు R అనేది దూరం. పరస్పర కండక్టర్ల మధ్య. అయస్కాంతత్వం అధ్యయనంలో ఈ సూత్రం చాలా ముఖ్యమైనది.

కారక నిష్పత్తిని అయస్కాంత స్థిరాంకం పరంగా ఇలా వ్యక్తీకరించవచ్చు:

అప్పుడు ఫార్ములా రూపం తీసుకుంటుంది:

F బలాన్ని ఇప్పుడు ఆంపియర్ యొక్క శక్తి అని పిలుస్తారు మరియు ఈ శక్తి యొక్క పరిమాణాన్ని నిర్ణయించే చట్టం ఆంపియర్ యొక్క చట్టం. ఆంపియర్ యొక్క నియమాన్ని ఒక చట్టం అని కూడా పిలుస్తారు, ఇది ఒక అయస్కాంత క్షేత్రం ప్రస్తుత-వాహక కండక్టర్ యొక్క చిన్న విభాగంలో పనిచేసే శక్తిని నిర్ణయిస్తుంది:

"అయస్కాంత క్షేత్రంలో విద్యుత్ ప్రవాహంతో కండక్టర్ యొక్క మూలకం dlపై అయస్కాంత క్షేత్రం పనిచేసే శక్తి dF కండక్టర్‌లోని ప్రస్తుత dI యొక్క బలానికి మరియు dl పొడవుతో మూలకం యొక్క వెక్టార్ ఉత్పత్తికి నేరుగా అనులోమానుపాతంలో ఉంటుంది. కండక్టర్ మరియు మాగ్నెటిక్ ఇండక్షన్ B «:

ఆంపియర్ యొక్క శక్తి యొక్క దిశ వెక్టర్ ఉత్పత్తిని లెక్కించే నియమం ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది, ఇది ఎడమ చేతి నియమాన్ని ఉపయోగించి గుర్తుంచుకోవడానికి సౌకర్యంగా ఉంటుంది, ఇది సూచిస్తుంది ఎలక్ట్రికల్ ఇంజనీరింగ్ యొక్క ప్రాథమిక చట్టాలు, మరియు ఆంపియర్ ఫోర్స్ మాడ్యులస్‌ను ఫార్ములా ద్వారా లెక్కించవచ్చు:

ఇక్కడ, ఆల్ఫా అనేది మాగ్నెటిక్ ఇండక్షన్ వెక్టర్ మరియు ప్రస్తుత దిశ మధ్య కోణం.

సహజంగానే, ప్రస్తుత-వాహక కండక్టర్ యొక్క మూలకం అయస్కాంత ప్రేరణ B యొక్క రేఖలకు లంబంగా ఉన్నప్పుడు ఆంపియర్ శక్తి గరిష్టంగా ఉంటుంది.

ఆంపియర్ యొక్క శక్తికి ధన్యవాదాలు, అనేక విద్యుత్ యంత్రాలు నేడు పనిచేస్తాయి, ఇక్కడ కరెంట్-వాహక వైర్లు ఒకదానితో ఒకటి మరియు విద్యుదయస్కాంత క్షేత్రంతో సంకర్షణ చెందుతాయి. మెజారిటీ జనరేటర్లు మరియు మోటార్లు ఒక విధంగా లేదా మరొక విధంగా తమ పనిలో ఆంపియర్ శక్తిని ఉపయోగిస్తాయి. ఎలక్ట్రిక్ మోటార్ల రోటర్లు ఆంపియర్ యొక్క శక్తి కారణంగా వాటి స్టేటర్ల అయస్కాంత క్షేత్రంలో తిరుగుతాయి.

ఎలక్ట్రిక్ వాహనాలు: స్ట్రీట్‌కార్లు, ఎలక్ట్రిక్ రైళ్లు, ఎలక్ట్రిక్ కార్లు — అవన్నీ తమ చక్రాలు చివరికి తిరిగేలా చేయడానికి ఆంపియర్ శక్తిని ఉపయోగిస్తాయి. ఎలక్ట్రిక్ తాళాలు, ఎలివేటర్ తలుపులు, మొదలైనవి లౌడ్ స్పీకర్స్, లౌడ్ స్పీకర్స్ - వాటిలో ప్రస్తుత కాయిల్ యొక్క అయస్కాంత క్షేత్రం శాశ్వత అయస్కాంతం యొక్క అయస్కాంత క్షేత్రంతో సంకర్షణ చెందుతుంది, ధ్వని తరంగాలను ఏర్పరుస్తుంది. చివరగా, ఆంపియర్ యొక్క శక్తి కారణంగా ప్లాస్మా టోకామాక్స్‌లో కుదించబడుతుంది.