Правило Правой Руки Для Проводника с Током
На этом уроке мы узнаем о магнитном действии тока на примере опыта Эрстеда и опыта Ампера. Рассмотрим правило буравчика и правило правой руки для прямого проводника с током и для соленоида с током.
Рис. 2. Расположение магнитных стрелок возле прямого проводника с током
Для более наглядной демонстрации магнитных линий проводника с током можно провести следующий опыт. Если вокруг проводника с током высыпать железные опилки, то через некоторое время опилки, попав в магнитное поле проводника, намагнитятся и расположатся по окружностям, которые охватывают проводник (см. рис. 3).
Рис. 3. Расположение железных опилок вокруг проводника с током (Источник)
Для определения направления магнитных линий возле проводника с током существует правило буравчика (правило правого винта) – если вкручивать буравчик по направлению тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика укажет направление линий магнитного поля тока (см. рис. 4).
Также можно использовать правило правой руки – если направить большой палец правой руки по направлению тока в проводнике, то четыре согнутых пальца укажут направление линий магнитного поля тока (см. рис. 5).
Оба указанных правила дают один и тот же результат и могут быть использованы для определения направления тока по направлению магнитных линий поля.
Направление тока и линий его магнитного поля. Правило буравчика
- А. В. Перышкин, Е. М. Гутник. Физика 9. – Дрофа, 2006.
- Г. Н. Степанова. Сборник задач по физике. – М.: Просвещение, 2001.
- А. Фадеева. Тесты физика (7 – 11 классы). – М., 2002.
- В. Григорьев, Г. Мякишев. Силы в природе. – М.: Наука, 1997.
Взаимодействие проводников с током в опытах Ампера
- Вокруг магнита, или проводника, или электрически заряженной движущейся частицы существует магнитное поле.
- Магнитное поле действует с некоторой силой на заряженную частицу, движущуюся в этом поле.
- Электрический ток представляет собой направленное движение заряженных частиц, поэтому магнитное поле действует на проводник с током.
На рисунке 7 изображён проволочный прямоугольник, направление тока в котором показано стрелками. Используя правило буравчика, начертить возле сторон прямоугольника по одной магнитной линии, указав стрелкой её направление.
Вдоль сторон прямоугольника (проводящей рамки) вкручиваем мнимый буравчик по направлению тока.
Вблизи правой боковой стороны рамки магнитные линии будут выходить из рисунка слева от проводника и входить в плоскость рисунка справа от него. Это обозначается с помощью правила стрелы в виде точки слева от проводника и крестика справа от него (см. рис. 8).
Аналогично определяем направление магнитных линий возле других сторон рамки.
Рис. 9. Опыт Ампера. Образование магнитного поля вблизи катушки с током
Правило левой руки для определения направления силы Ампера
Любой проводник с током в магнитном поле подвергается действию магнитной силы. Данная сила называется силой Ампера. На элементарный проводник ($dl$) с током ($I$), помещенный в магнитное поле с индукцией $\vec$ действует сила Ампера, равная:
В правой части выражения (1) мы видим векторное произведение ($ d\vec\times \vec $), из этого следует, что сила Ампера направлена перпендикулярно плоскости в которой лежат векторы $\vec$ и $\vec$. При этом конкретное направление силы Ампера можно найти, используя правило левой руки:
тогда, отогнутый под прямым углом большой палец данной руки, укажет направление силы Ампера (рис.3).
Рисунок 3. Правило левой руки. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Правило левой руки часто применяют, когда необходимо выяснить в какую сторону отклоняется проводник, находящийся в магнитном поле.
Использование правила левой руки для нахождения направления силы Лоренца.
Правило левой руки применимо к силе Лоренца. Так как электрический ток создают перемещающиеся заряженные частицы, следовательно, на движущийся в магнитном поле заряд будет действовать сила.
Силой Лоренца, называют силу, действующую на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, равную:
где q – заряд частицы; $\vec$ – скорость движения частицы относительно магнитного поля; $\vec$ — магнитная индукция поля, в котором частица перемещается.
В определении (2) мы видим векторное произведение $\vec$ и $\vec$ , это означает, что сила Лоренца будет направлена перпендикулярно плоскости в которой находятся соответствующие векторы.
Для определения направления $\vec$ воспользуемся правилом левой руки, при этом расположим открытую ладонь левой руки так, что:
тогда отогнутый на девяносто градусов большой палец этой руки укажет нам направление силы Лоренца, движущейся в магнитном поле, если эта частица несет положительный заряд. Если частица является отрицательной, то большой палец укажет направление противоположное силе, действующей на частицу со стороны магнитного поля.
Правило левой и правой руки для магнитного поля
- линии индукции магнитного поля должны входить в открытую ладонь правой руки,
- палец этой руки отогнуть на девяносто градусов, и направить по скорости перемещения проводника,
- вытянутые четыре пальца будут указывать, как направлен ток индукции.
Связь направлений магнитных линий и направления электрического тока
Магнитные линии дают нам возможность изобразить магнитное поле графически.
На каком расстоянии от проводника мы можем нарисовать его магнитные линии? Ответ прост — для графического изображения мы можем использовать удобный для нас масштаб.
Магнитное поле существует во всех точках пространства, окружающего проводник с током. Значит, мы можем правомерно провести магнитную линию через любую точку.
Хорошо, но как определить направление магнитных линий? Опыты показывают следующее:
Направление магнитных линий магнитного поля тока связано с направлением тока в проводнике.
Так как магнитные линии лежат в плоскости, перпендикулярной проводнику с током, на чертежах принято изображать сечение проводника (проводник в разрезе). Направление тока при этом условно обозначается крестиком, если ток направлен от нас, и точкой, если ток направлен на нас (рисунок 3).
Взгляните на рисунок 4, а. Ток течет вниз по проводнику. Магнитные стрелки устанавливаются вдоль магнитных линий. Их оси ориентируется таким образом, как показано на рисунке.
Графическое изображение такого магнитного поля представлено на рисунке 4, б. Проводник с током расположен перпендикулярно плоскости чертежа, как будто мы смотрим на него сверху, а не сбоку. Направление тока мы обозначили крестиком на самом проводнике (от нас), и указали направление магнитных линий (куда указывают северные полюса магнитных стрелок.
Теперь сделаем так, чтобы ток шел не вниз, а вверх. Что мы увидим? Магнитные стрелки снова расположились вдоль окружности, но ориентация их осей изменилась (рисунок 5, а). Теперь они развернулись на $180 \degree$ по сравнению с первой ситуацией, где ток шел вниз по проводнику.
На рисунке 5, б показано графическое изображение такого поля. Тот факт, что ток направлен к нам, условно обозначен точкой на проводнике. Направление магнитных линий поменялось на противоположное.
Такой простой опыт подтвердил нам тот факт, что направление магнитных линий связано с направлением тока.
Видео-урок | Rīgas Purvciema vidusskola
Правило буравчика и правило правой руки
Можно запомнить, как соотносятся направление тока в проводнике и направление магнитных линий, а можно воспользоваться простым способом — правилом буравчика.
Если правой рукой вкручивать буравчик (винт, штопор) острием по направлению тока, то ваш большой палец будет поворачиваться по направлению магнитных линий.
Может вам покажется более удобной для использования другая интерпретация этого мнемонического правила — правило правой руки (рисунок 6).
Если обхватить правой рукой прямой проводник с током с отставленным большим пальцем так, чтобы он совпадал с направлением тока, то ваши четыре пальца покажут направление магнитных линий.
