Otevřít hlavní menu
Tento článek je o Ampérově zákonu celkového proudu. O Ampérově zákonu silového působení magnetického pole pojednává článek Ampérův silový zákon.
Elektrický proud, který prochází vodičem, vytváří magnetické pole v okolí vodiče. Směr je orientován na základě pravidla pravé ruky.

Ampérův zákon celkového proudu (někdy psáno jako Ampèrův) je fundamentálním vztahem popisujícím magnetické pole a jeho vztah k elektrickému proudu, kterým je vytvářené.

Pro magnetické pole tak představuje obdobný základní zákon, jako je pro elektrostatiku zákon Gaussův.

Zákon byl nazván na počest zakladatele teoretické elektrodynamiky André-Marie Ampèra. Je tomu také proto, že ho lze odvodit z Ampèrem objeveného zákona pro magnetickou sílu. (Někdy se však zákon celkového proudu označuje jako "Oerstedův zákon".[1])

Zákon byl formulován pro stacionární elektromagnetické pole a James Clerk Maxwell ho dále zobecnil pro nestacionární pole ve své první sadě Maxwellových rovnic.

Vztahy označované jako Ampérův zákonEditovat

Jako Ampérův zákon bývá v české i zahraniční fyzikální literatuře označováno několik důležitých vztahů, týkajících se magnetického pole a jeho působení.

Ampérovy zákony silového působení magnetického pole najdete v článku Ampérův silový zákon.

Formulace zákona pro stacionární elektromagnetické poleEditovat

Všechny níže uvedené vztahy pro Ampérův zákon celkového proudu platí pro vakuum i pro látkové prostředí, je však nutno si uvědomit, že elektrické proudy resp. jejich hustoty na pravých stranách vztahů znamenají odlišné veličiny (i když se často zapisují stejným symbolem bez indexů)!

Ampérův zákon ve vakuuEditovat

Ampérův zákon lze zapsat pro stacionární elektromagnetické pole v integrálním tvaru vztahem:

 

kde

  je magnetická indukce,
  infinitezimální orientovaný element jednoduché uzavřené křivky C,
  je celkový proud protékající skrz libovolnou plochu s hranicí C,
  je permeabilita vakua
  je uzavřený křivkový integrál křivky C, orientovaný ve směru toku elektrického proudu.


V oblastech prostoru, kde lze považovat prostorové rozložení elektrického proudu za spojité (v makroskopickém smyslu), popsatelné hustotou celkového elektrického proudu  , lze Ampérův zákon přepsat do diferenciálního tvaru:

 .

Ampérův zákon v látkovém prostředíEditovat

Výše uvedené vztahy pro vakuum platí i pro látkové prostředí, je však nutno uvážit, že v látce se nevyskytují pouze volné proudy  , ale také proudy vázané, které souvisejí s magnetizací látky; proto je nutno do celkového proudu započítat i magnetizační proudy  , tedy Ampèrem formálně zavedené elementární proudy, kterými jsou generovány magnetické dipólové momenty částic látky a jimi způsobená magnetizace. (Pro fenomenologickou elektrodynamiku je takový popis plně ekvivalentní popisu pomocí magnetických dipólů, třebaže naráží na interpretační problémy u částic dosud považovaných za bodové.) Je obvyklé zákon přepsat do tvaru s explicitně vyjádřenými pouze volnými proudy:

Protože platí pro magnetizační proudy odpovídající magnetizaci   vztah

 ,

tak po jeho dosazení do Ampérova zákona celkového proudu

 

lze jednoduchou úpravou obdržet vztah:

 

a po zavedení intenzity magnetického pole   ho zjednodušit na Ampérův zákon pro volné proudy:

 


V oblastech prostoru, kde lze považovat prostorové rozložení elektrického proudu za spojité (v makroskopickém smyslu), popsatelné hustotou elektrického proudu, lze Ampérův zákon přepsat do diferenciálního tvaru:

 .

Důsledky a využitíEditovat

Princip superpoziceEditovat

Protože rotace je lineární operátor, plyne z Ampérova zákona celkového proudu, že pro stacionární magnetické pole platí princip superpozice: Stacionární magnetická pole (reprezentovaná magnetickou indukcí  ) vytvořená jednotlivými proudy se vzájemně neovlivňují a lze je tedy (vektorově) sčítat.

Magnetický obvodEditovat

Na tuto kapitolu jsou přesměrována hesla magnetický obvod, Hopkinsonův zákon, magnetomotorické napětí, magnetické napětí, magnetický odpor a reluktance. Pomozte Wikipedii tím, že pro ně vytvoříte samostatný článek.
 
Magnetický obvod s magnetomotorickým napětím  

Ampérův zákon ve formulaci pro intenzitu magnetického pole je analogický vztahu pro napětí v uzavřené proudové trubici, jen namísto intenzity elektrického pole vystupuje intenzita magnetického pole a obdobou elektromotorického napětí způsobujícího napěťový spád v trubici je celkový volný proud. Této analogie lze s výhodou využít pro řešení magnetických soustav v látkovém prostředí.

Zvolíme nyní integrační křivku tak, aby byla totožná s magnetickou indukční čarou. Kolem této čáry si představíme trubici konstantního kolmého průřezu   takové velikosti, aby v celém tomto průřezu bylo možno považovat magnetickou indukci za konstantní. Tato trubice přitom může procházet prostředím s různou permeabilitou   – integrál lze rozdělit na součet integrálů přes části s konstantní permealilitou. Ampérův zákon pak můžeme přepsat na tvar:

  ,

kde   je magnetický tok, v tomto případě roven prostému součinu indukce a plochy průřezu (obojí je konstantní).

Definujeme-li magnetomotorické napětí   vztahem

 

a tzv. magnetický odpor (též reluktance) i-té části vztahem:

  ,

dostaneme jako obdobu Ohmova zákona, tzv. Hopkinsonův zákon:

 .

Díky analogii tak můžeme s magnetickými obvody pracovat stejně jako s elektrickými, včetně použití Kirchhoffových zákonů.

Magnetostatické poleEditovat

Na tuto kapitolu jsou přesměrována hesla magnetický potenciál a magnetostatické pole. Pomozte Wikipedii tím, že pro ně vytvoříte samostatný článek.

V oblastech prostoru bez volných elektrických proudů se Ampérův zákon ve formulaci pro intenzitu magnetického pole v diferenciálním tvaru redukuje na tvar:

 .

Z něho vyplývá, že magnetostatické pole generované pouze zmagnetovanými tělesy je pole potenciálové a lze k němu zavést skalární magnetický potenciál  . Budou pak platit vztahy obdobné vztahům v elektrostatice:

 , resp.
 .

Rozšíření originálního zákona: Ampérova-Maxwellova rovniceEditovat

Platnost Ampérova zákona ve tvaru

  resp.  

lze rozšířit i na nestacionární elektromagnetické pole. Jak ukázal Maxwell, je v takovém případě do celkového proudu nutno započítat navíc tzv. posuvný proud, aby byl zákon v souladu se zákonem zachování elektrického náboje. Posuvný proud je označení pro součet polarizačního proudu s hustotou   a tzv. Maxwellova proudu s hustotou  , kde   je permitivita vakua a   je elektrická polarizace.

Označíme-li   elektrickou indukci, lze zákon přepsat do tvaru pro volné proudy – do tzv. Ampérovy-Maxwellovy rovnice (označované též jako "zobecněný Ampérův zákon", nebo jako "první Maxwellova rovnice"):

 

resp. v diferenciálním tvaru:

 .

ReferenceEditovat

  1. a b VYBÍRAL, Bohumil. Magnetické pole ve vakuu (Elektrodynamika I.) [online]. FO, [2004-2009] [cit. 2009-09-15]. (Studijní text pro řešitele Fyzikální olympiády). S. 20. Dostupné online. 
  2. LEPIL, Oldřich; ŠEDIVÝ, Přemysl. Elektřina a magnetismus. 5. vyd. Praha: Prometheus, 2008. (Fyzika pro gymnázia). ISBN 80-7196-202-3. S. 137. 
  3. HAJKO, Vladimír; DANIEL-SZABÓ, Juraj. Základy fyziky. 1. vyd. Bratislava: VEDA, 1980. S. 85. (slovensky) 
  4. VYBÍRAL, Bohumil. Magnetické pole ve vakuu (Elektrodynamika I.) [online]. FO, [2004-2009] [cit. 2009-09-15]. (Studijní text pro řešitele Fyzikální olympiády). S. 25. Dostupné online. 
  5. BREDOV, M. M.; RUMJANCEV, V. V.; TOPTYGIN, I. N. Klassičeskaja elektrodinamika. 1. vyd. Moskva: Nauka, 1985. S. 109. (rusky) 
  6. FUKA, Josef; KLIMEŠ, Bohdan; LEPIL, Oldřich, Jaromír Široký, Vladimír Vanýsek, Vladimír Rudolf. Fyzika pro III. ročník střední všeobecně vzdělávací školy (pro III. a IV. ročník gymnázia). 11. vyd. Praha: SPN, 1982. S. 10. 
  7. HORÁK, Zdeněk; KRUPKA, František. Fyzika: Příručka pro vysoké školy technickéh směru. 3. vyd. Praha: SNTL v koedici s ALFA, 1981. S. 600. 
  8. ACHIEZER, A. I.; ACHIEZER, I. A. Elektromagnetizm i elektromagnitnyje volny. 1. vyd. Moskva: Vysšaja škola, 1985. S. 61. (rusky) 
  9. SEDLÁK, Bedřich; ŠTOLL, Ivan. Elektřina a magnetismus. 1. vyd. Praha: Academia a Karolinum, 1993. ISBN 80-200-0172-7. S. 189. 
  10. FEDORČENKO, Adolf M. Teoretičeskaja fizika. Klassičeskaja elektrodinamika. 1. vyd. Kijev: Vyšča škola, 1988. S. 20. (rusky) 
  11. SEDLÁK, Bedřich; ŠTOLL, Ivan. Elektřina a magnetismus. 1. vyd. Praha: Academia a Karolinum, 1993. ISBN 80-200-0172-7. S. 191-192. 
  12. FEYNMAN, R. P.; Leighton, R. B.; Sands, M. The Feynman lectures on Physics. Addison-Wesley Publishing Company, 1966. 2. díl, oddíl 13.4. Vydáno česky: Feynmanovy přednášky z fyziky - díl 2/3, 1. české vydání, Fragment, 2006, ISBN 80-7200-420-4.

Související článkyEditovat

Externí odkazyEditovat