Ampèren laki

Ampèren laki on André-Marie Ampèren (1775–1836) havaitsema fysiikan laki. Laki kuvaa sähköjohtimessa kulkevan sähkövirran ja johtimen ympärille muodostuvan magneettikentän matemaattista yhteyttä. Käytännössä, Ampèren lain mukaan, sähkövirta muodostaa kulkiessaan ympärilleen magneettikentän, jonka suunta voidaan määrittää niin sanotun oikean käden säännön mukaan. Muodostuvan magneettikentän suunta riippuu siis sähkövirran suunnasta. Laki yhdistää suljetun silmukan läpi kulkevan virran ja magneettivuon tiheyden polkuintegraalin silmukan ympäri yhtälöllä. Ampèren laista voidaan päätellä, että virran kasvaessa magneettivuo kasvaa. Ampèren laki on Gaussin sähkökenttälaille analoginen fysiikan laki. Yleistetty Ampèren laki on yksi Maxwellin yhtälöistä. Kappale 4.4 :\oint_C \mathbf{B} \cdot \mathrm{d}\mathbf{l} = \mu_0 I_{\mathrm{enc}} , missä *\mathbf{B} on magneettivuon tiheys. *\mathrm{d}\mathbf{l} on infinitesimaalisen pieni alkio (differentiaali) suljetusta käyrästä C. *I_{\mathrm{enc}} on käyrän C sisäänsä sulkeman alueen läpi kulkeva virta (eli virrantiheyden pintaintegraali). *\mu_0 on vapaan avaruuden permeabiliteetti. *\oint_C on polkuintegraali suljettua käyrää C pitkin. Ampèren laki voidaan esittää myös differentiaalimuodossa yhtälöllä Kappale 4.5.2 : abla \times \mathbf{B} = \mu_0 \mathbf{J}, missä siis abla \times \mathbf{B} on magneettivuon tiheyden roottori ja \mathbf{J} on virtatiheys. == Yleistetty Ampèren laki == James Clerk Maxwell havaitsi loogisen ristiriitaisuuden soveltaessaan Ampèren lakia varautuvaan kondensaattoriin ja siten päätteli tämän lain olevan puutteellinen. Ratkaistakseen ongelman hän keksi kenttämuutosvirran (siirtymävirran) käsitteen ja loi näin yleistetyn version Ampèren laista, joka sisällytettiin Maxwellin yhtälöihin. Yleistetty yhtälö tyhjiössä on: :\oint_C \mathbf{B} \cdot \mathrm{d}\mathbf{l} = \mu_0 I_{\mathrm{enc}} + \mu_0 \frac{\mathrm{d} \Phi_E}{\mathrm{d}t}, missä \scriptstyle\Phi_E on sähkövuo mielivaltaisen, käyrän C rajoittaman pinnan läpi (eli sähkövuon tiheyden pintaintegraali). Stokesin lausetta sekä virrantiheyden ja sähkövuon määritelmää käyttäen laki voidaan kirjoittaa muodossa : \iint_A abla \times \mathbf{B} \cdot \mathrm{d} \mathbf{A} = \mu_0 \iint_A \mathbf{J} \cdot \mathrm{d} \mathbf{A} + \mu_0 \varepsilon_0 \frac{\mathrm{d}}{\mathrm{d}t} \iint_A \mathbf{E} \cdot \mathrm{d} \mathbf{A} , missä A on käyrän C rajoittama pinta, \scriptstyle\mathbf{J}_c on virrantiheys ja abla \times \mathbf{B} on magneettivuon tiheyden roottori. Koska integraalimuoto pätee kaikille suljetuille pinnoille, Ampère-Maxwellin laki voidaan kirjoittaa osittaisdifferentiaalimuodossa : abla \times \mathbf{B} = \mu_0 \mathbf{J} + \mu_0 \varepsilon_0 \frac{\partial \mathbf{E}}{\partial t}, missä yhtälön oikean puolen toinen termi kuvaa kenttämuutosvirtaa. Sen pois jättäminen antaa alkuperäisen Ampèren lain differentiaalisen muodon. Yleensä laki kirjoitetaan magneettikentän voimakkuuden H ja sähkövuon tiheyden D avulla muodossa : abla \times \mathbf{H} = \mathbf{J} + \frac{\partial \mathbf{D}}{\partial t} . Magneettikentänvoimakkuuden pyörre aiheutuu virrantiheydestä ja sähkövuontiheyden muuttumisesta. == Käytännön sovellukset == Amperén laista on johdettu Biot’n ja Savartin laki, joka kuvaa virta-alkioiden välistä voimavaikutusta. Biot-Savartin lakia voidaan käyttää esimerkiksi kahden virtajohtimen välisen voiman laskemiseen. Käytännössä lakia on sovellettu muun muassa solenoidin ja toroidin käyttöön. == Katso myös == *Maxwellin kenttäyhtälöt *Gaussin laki sähkökentille *Biot’n ja Savartin laki == Lähteet == * * * * http://dev.physicslab.org/Document.aspx?doctype=3&filename;=Magnetism_AmperesLaw.xml * http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/amplaw.html * http://www.engineering.com/Library/ArticlesPage/tabid/85/articleType/ArticleView/articleId/204/Amperes- Law.aspx == Kirjallisuutta == * Luokka:Fysiikan lait Luokka:Sähkömagnetismi Luokka:Sähködynamiikka