Взаємодія струмів в паралельних провідниках

Взаємодія струмів дуже добре відомо в сучасній електротехніці: його враховують при проектуванні складних ядерних реакторів типу «Токамак» і в конструкціях електродвигунів. Наприклад, в останніх спостерігається зсув прилеглих витків обмотки статора до обмотки ротора. Так, при «важкому» пуску потужних машин, коли струм досягає максимальних допустимих значень, може спостерігатися пошкодження утримують обмотку Шпугі. В даному випадку має місце магнітне взаємодія струмів, що протікають по двох різних обмоткам. Їх обертові магнітні поля роблять на провідники притягує дію. Вивчаючи взаємодію струмів, зазвичай розглядають саме магнітний тип взаємодії, хоча насправді дана тема більш обширна.

Уявімо собі трифазну мережу, до кожної лінії якої підключена своя група споживачів. Поки їх сумарні опору приблизно рівні, вся система працює стійко, але коштує істотно порушитися балансу струмів, як настає режим, названий «перекіс фаз», здатний вивести обладнання з ладу. Також взаємодія струмів відбувається при паралельному включенні декількох джерел живлення на одну і ту ж навантаження. У цьому випадку, якщо фазировка виконана правильно, відбувається перетік струмів між джерелами (короткочасно припустимо), а от при невідповідності фазних ліній виходить коротке замикання. Очевидно, що взаємодія струмів проявляється по-різному. Все ж найчастіше прийнято розглядати Закон Ампера.

Якщо між протилежними полюсами магніту (постійне магнітне поле) помістити рухому рамку, через яку проходить струм, то вона повернеться на деякий кут, який визначається силою взаємодії двох магнітних полів і спрямованістю ліній напруженості. Ця сила була визначена і сформульована в 1820 році відомим французьким фізиком А. М. Ампером.

В даний час використовується наступне формулювання: при протіканні струму по провіднику тонкого перетину, що знаходиться в магнітному полі, сила dF, що надає вплив на певну ділянку (dl) дроти, знаходиться в прямій залежності від сили струму I і векторного твори довжини dl на значення магнітної індукції B. Тобто:

dF = (I * dl) * B,

де F, l, B - векторні величини.

Визначення напрямку F зазвичай здійснюють дуже простим способом - правилом лівої руки. Подумки ліву руку необхідно розташувати таким чином, щоб лінії напруженості магнітної індукції (B) входили в розкриту долоню під кутом 90 градусів, 4 випрямлених пальця вказували напрямок струму (від «+» до «-»), тоді відігнутий під прямим кутом великий палець вкаже напрямок діючої на провідник зі струмом сили Ампера.

Найбільш відома сила взаємодії паралельних струмів. Фактично це окремий випадок загального закону. Уявімо два паралельних провідника зі струмом у вакуумі, довжина яких нескінченна. Відстань між ними позначимо літерою «r». Кожен провідник (струми I1 і I2) генерує навколо себе магнітне поле, тому вони взаємодіють. Лінії індукції являють собою окружності.

Напрямок вектора магнітної індукції B1 визначається за правилом буравчика. Наведемо формулу:

B1 = (m0 / 4Pi) * (2 * I1 / r) -

де m0 -магнітна постійна- r - расстояніе- Pi - 3,14.

Застосувавши формулу знаходження сили Ампера, отримуємо:

dF12 = (I2 * dl) * B1-

де dF12 - сила впливу поля провідника 1 на провідник 2.

Модуль сили становить:

dF12 = (m0 / 4Pi) * (2 * I1 * I2 / r) * dl.

Якщо довжина l дорівнює від нуля до одиниці, то:

F12 = (m0 / 4Pi) * (2 * I1 * I2 / r).

Це і є та сила, яка діє на певну одиницю довжини проводу зі струмом. Якщо знати значення F, стає можливим проектувати надійні електричні машини, передбачають дію сили Ампера. Її також використовують для обчислення значення магнітної постійною. Потрібно звернути увагу, що, виходячи з правила лівої руки, випливає: якщо напрямок струмів збігається, то провідники притягуються, а інакше - відштовхуються.