Закон Ампера и его следствия. Проявления и использование закона Ампера в электроэнергетических системах

Закон Ампера устанавливает фундаментальные принципы взаимодействия движущихся зарядов или электрических токов. Каждый из токов, протекающих по прямолинейному проводнику, создаёт магнитное поле, оказывающее силовое воздействие на другой проводник с током, внесённый в это поле. Формулировка закона:

Сила взаимодействия между двумя токами, протекающими по бесконечно тонким прямолинейным проводникам, находящимся на определённом расстоянии друг от

друга, пропорциональна значениям этих токов, длине совместного следования

проводников, и обратно пропорциональна квадрату расстояния между проводниками.

В подсистеме МКСА системы СИ, при расположении проводов в пустом бесконечном во всех измерениях пространстве, эта формулировка математически выглядит следующим образом:

.

Здесь Δ F сила в ньютонах, действующая между отрезками проводников длиной Δ l метров; I₁ и I₂ – токи в амперах, протекающие по проводникам; r - расстояние между проводниками в метрах; μ ₀ – магнитная постоянная (см.2.1.5).

Так как один из проводников можно считать источником магнитного поля, то чаще используется другая формулировка закона Ампера:

Сила, действующая на проводник с током, помещённый в магнитное поле

с определённой индукцией, пропорциональна току, протекающему по проводнику, индукции внешнего поля и длине проводника.

Эта же формулировка выражается формулой:

F = IBL,

Где F – сила в ньютонах; I – ток в амперах, B – индукция внешнего поля в теслах (см. 2.4); L – длина проводника в метрах.

Для того чтобы определить направление силы, используется правило левой руки: если расположить ладонь таким образом, чтобы вектор магнитной индукции «входил в ладонь», а четыре пальца (кроме большого) были направлены по току, то направление отставленного в сторону большого пальца покажет направление вектора силы.

Закон Ампера действует во всех электрических машинах. Роторы электрических двигателей вращаются силами магнитного поля. Большие токи в трансформаторах вызывают амперовское взаимодействие между витками обмоток, что часто приводит к повреждению изоляции. Короткие замыкания в электрической сети, вызывающие большие токи, приводят к схлёстыванию проводов воздушных линий и могут вызвать поломку опорных изоляторов жёстких токопроводов на подстанциях.