قانون آمپر
تولید میدان مغناطیسی از سیم حامل جریان الکتریکی را نتیجه‌ای از ارتباط الکتریسیته و مغناطیس میباشد. رابطه‌ای که بتوان با استفاده از آن میدان مغناطیسی حاصل از توزیع جریان را بدست آورد، رابطه قانون آمپر میباشد که یکی از معادلات ماکسول را بیان میکند.
اطلاعات اولیه
قانون کولن یکی از قوانین بنیادی در الکتروستاتیک است که از آن جهت محاسبه میدان الکتریکی حاصل از یک توزیع بار استفاده میشود. البته اگر تقارنی در مسئله وجود داشته باشد، در این صورت محاسبه میدان الکتریکی با استفاده از قانون گاوس راحت‌تر خواهد بود. قانون گاوس از نظر شکل ، نسبت به قانون کولن با معادلات دیگر الکترومغناطیس سازگارتر است و به ما اجازه می‌دهد که مسائل مربوط به میدان الکتریکی را در وضعیتهای با تقارن مناسب به آسانی و با دقت حل کنیم.
در مغناطیس هم وضع بر همین منوال است. میدان مغناطیسی ناشی از هر توزیع جریان را میتوان با استفاده از قانون بیوساوار که هم ارز مغناطیسی قانون کولن است، محاسبه نمود. اما اگر به معادلات ماکسول مراجعه کنیم، چیزی تحت عنوان قانون بیوساوار در آنجا پیدا نمی‌کنیم، بلکه به جای آن قانون آمپر را ملاحظه می‌کنیم.
تاریخچه
قانون آمپر ، نخستین بار توسط آندره ماری آمپر (Andre Mari Amper) ، در سال 1775- 1835 پیشنهاد شد. همچنین یکای جریان الکتریکی در دستگاه SI نیز به نام آمپر است.
فرق قانون آمپر و قانون بیوساوار
قانون آمپر و قانون بیوساوار هر دو برای محاسبه میدان مغناطیسی حاصل از توزیع جریان بکار میروند، اما قانون آمپر نسبت به قانون بیوساوار ساده‌تر و از نظر شکل ریاضی با معادلات دیگر الکترومغناطیس سازگارتر است. البته لازم به توضیح است که قانون آمپر مانند قانون گاوس در الکترومغناطیس ، در مواردی که مسئله دارای تقارن است، بکار می‌رود.
محاسبه میدان مغناطیس با استفاده از قانون آمپر
فرض کنید یک سیم با شعاع معلوم حامل جریان الکتریکی است و ما می‌خواهیم میدان مغناطیسی را در داخل و خارج از سیم محاسبه کنیم. برای این کار حلقه استوانه‌ای فرض می‌کنیم، به گونه‌ای که سیم در داخل حلقه قرار گیرد. در این حالت قانون آمپر بیان میکند که میدان مغناطیسی حاصل از جریان در خارج از آن با جریان خالص گذرنده از درون حلقه فرضی متناسب است. به عنوان مثال ، اگر دو جریان غیر هم جهت از سیم عبور کند، در این صورت میدان مغناطیسی با تفاضل این دو جریان متناسب خواهد بود. نکته قابل توجه در اینجا انتخاب درست جهت مثبت است، تا اینکه بدانیم علامت کدام جریان مثبت و کدام یک منفی است. برای این کار از قاعده دست راست استفاده می‌کنیم.
قاعده دست راست بیان میکند که اگر انگشتان دست راست در جهت پیمودن حلقه آمپری خم شوند، انگشت شصت به حالت کشیده جهت مثبت جریانهای محصور در درون حلقه را نشان می‌دهد. بنابراین بعد از تعیین جهت مثبت جریان ، جریان خالص گذرنده از حلقه را تعیین نموده و از رابطه زیر مقدار B (میدان مغناطیسی) را تعیین می‌کنیم:
در رابطه فوق تراوایی مغناطیسی محیط است. بدیهی است که اگر بخواهیم میدان در داخل سیم را پیدا کنیم، حلقه فرضی را که به حلقه آمپر معروف است، باید در داخل حلقه فرضی کنیم و تمامی مراحل گفته شده در عبارت فوق را تکرار کنیم.
اهمیت قانون آمپر
از آنجا که بیشتر توزیع‌های جریان حالت متقارن دارند و نیز با توجه به اینکه محاسبه میدان با استفاده از قانون آمپر بسیار ساده‌تر از قانون بیوساوار میباشد، بنابراین قانون آمپر بسیار مفید است. با استفاده از قانون آمپر میدان مغناطیسی حاصل از سیملوله و چنبره به راحتی محاسبه میشود. در صورتی که اگر بخواهیم میدان مغناطیسی حاصل از یک سیملوله را با استفاده از قانون بیوساوار حساب کنیم، سخت خواهد بود.