Правило правой руки — это… Что такое Правило правой руки?
- Правило правой руки
Прямой провод с током. Ток (I), протекая через провод, создаёт магнитное поле (B) вокруг провода.
Пра́вило бура́вчика (также, правило правой руки) — мнемоническое правило для определения направления вектора угловой скорости, характеризующей скорость вращения тела, а также вектора магнитной индукции B или для определения направления индукционного тока.
Правило правой руки
Правило буравчика: «Если направление поступательного движения буравчика (винта) с правой нарезкой совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции».
Определение направления магнитного поля вокруг проводника
Правило правой руки: «Если большой палец правой руки расположить по направлению тока, то направление обхвата проводника четырьмя пальцами покажет направление линий магнитной индукции».
Для соленоида оно формулируется так: «Если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены вдоль тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида».
Правило левой руки
Для определения направления силы Ампера обычно используют правило левой руки: «Если расположить левую руку так, чтобы линии индукции входили в ладонь, а вытянутые пальцы были направлены вдоль тока, то отведенный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник.»
Wikimedia Foundation. 2010.
- Правило правого винта
- Правило семидесяти
Смотреть что такое «Правило правой руки» в других словарях:
ПРАВИЛО ПРАВОЙ РУКИ — ПРАВИЛО ПРАВОЙ РУКИ, определяет направление индукционного тока в проводнике, движущемся в магнитном поле. Если ладонь правой руки расположить так, чтобы в нее входили силовые линии магнитного поля, а отогнутый большой палец направить по движению… … Энциклопедический словарь
ПРАВИЛО ПРАВОЙ РУКИ — ПРАВИЛО ПРАВОЙ РУКИ, см. ПРАВИЛА ФЛЕМИНГА … Научно-технический энциклопедический словарь
правило правой руки — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN Fleming s ruleright hand rule … Справочник технического переводчика
правило правой руки — [right hand rule] удобное для запоминания правило для определения направления индукционного тока в проводнике, движущегося в магнитном поле: если расположить правую ладонь так, чтобы отставлtysq большой палец совпадал с направлением движения… … Энциклопедический словарь по металлургии
правило правой руки
Правило левой руки — Прямой провод с током. Ток (I), протекая через провод, создаёт магнитное поле (B) вокруг провода. Правило буравчика (также, правило правой руки) мнемоническое правило для определения направления вектора угловой скорости, характеризующей скорость … Википедия
Правой руки правило — Прямой провод с током. Ток (I), протекая через провод, создаёт магнитное поле (B) вокруг провода. Правило буравчика (также, правило правой руки) мнемоническое правило для определения направления вектора угловой скорости, характеризующей скорость … Википедия
ПРАВОЙ РУКИ ПРАВИЛО — определяет направление индукционного тока в проводнике, движущемся в магнитном поле. Если ладонь правой руки расположить так, чтобы в нее входили силовые линии магнитного поля, а отогнутый большой палец направить по движению проводника, то 4… … Большой Энциклопедический словарь
ПРАВОЙ РУКИ ПРАВИЛО — для определения направления индукц. тока в проводнике, движущемся в магн. поле: если расположить правую ладонь так, чтобы отставленный большой палец совпадал с направлением движения проводника, а силовые линии магн. поля входили в ладонь, то… … Физическая энциклопедия
правой руки правило — определяет направление индукционного тока в проводнике, движущемся в магнитном поле. Если ладонь правой руки расположить так, чтобы в неё входили силовые линии магнитного поля, а отогнутый большой палец направить по движению проводника, то… … Энциклопедический словарь
Книги
- Экзамен в ГИБДД. Категории «А», «В» . Особая система запоминания на длительный период, А.И. Копусов-Долинин. В данном пособии развернутые ответы, с использованием дидактических приемов и элементов транспортной психологии, позволяют упростить понимание и запоминание Правил дорожного движения и основ… Подробнее Купить за 262 руб
- Экзамен в ГИБДД. Категории А, В. Экзаменационные билеты ГИБДД с комментариями правильных ответов (+CD-ROM), А.И. Копусов-Долинин. В данном пособии развернутые ответы, с использованием дидактических приемов и элементов транспортной психологии, позволяют упростить понимание и запоминание Правил дорожного движения и основ… Подробнее Купить за 228 руб
- Готовимся к экзамену в ГИБДД. Категории «А», «В», Копусов-Долинин А.И.. В данном пособии развернутые ответы, с использованием дидактических приемов и элементов транспортной психологии, позволяют упростить понимание и запоминание Правил дорожного движения и основ… Подробнее Купить за 198 руб
Правило буравчика, правой и левой руки
Правило буравчика, правой руки и левой руки нашли широкое применение в физике. Мнемонические правила нужны для лёгкого и интуитивного запоминания информации. Обычно это приложение сложных величин и понятий на бытовые и подручные вещи. Первым, кто сформулировал данные правила, является физик Петр Буравчик. Данное правило относится к мнемоническому и тесно соприкасается с правилом правой руки, его задачей является определением направления аксиальных векторов при известном направлении базисного. Так гласят энциклопедии, но мы расскажем об этом простыми словами, кратко и понятно.Объяснение названия
Большинство людей помнят упоминание об этом из курса физики, а именно раздела электродинамики. Так вышло неспроста, ведь эта мнемоника зачастую и приводится ученикам для упрощения понимания материала. В действительности правило буравчика применяют как в электричестве, для определения направления магнитного поля, так и в других разделах, например, для определения угловой скорости.
Под буравчиком подразумевается инструмент для сверления отверстий малого диаметра в мягких материалах, для современного человека привычнее будет привести для примера штопор.
Важно! Предполагается, что буравчик, винт или штопор имеет правую резьбу, то есть направление его вращения, при закручивании, по часовой стрелке, т.е. вправо.
На видео ниже предоставлена полная формулировка правила буравчика, посмотрите обязательно, чтобы понять всю суть:
Как связано магнитное поле с буравчиком и руками
В задачах по физике, при изучении электрических величин, часто сталкиваются с необходимостью нахождения направления тока, по вектору магнитной индукции и наоборот. Также эти навыки потребуются и при решении сложных задач и расчетов, связанных магнитным полем систем.
Прежде чем приступить к рассмотрению правил, хочу напомнить, что ток протекает от точки с большим потенциалом к точке с меньшим. Можно сказать проще – ток протекает от плюса к минусу.
Правило буравчика имеет следующий смысл: при вкручивании острия буравчика вдоль направления тока – рукоятка будет вращаться по направлению вектора B (вектор линий магнитной индукции).
Правило правой руки работает так:
Поставьте большой палец так, словно вы показываете «класс!», затем поверните руку так, чтобы направление тока и пальца совпадали. Тогда оставшиеся четыре пальца совпадут с вектором магнитного поля.
Наглядный разбор правила правой руки:
Чтобы увидеть это более наглядно проведите эксперимент – рассыпьте металлическую стружку на бумаге, сделайте в листе отверстие и проденьте провод, после подачи на него тока вы увидите, что стружка сгруппируется в концентрические окружности.
Магнитное поле в соленоиде
Всё вышеописанное справедливо для прямолинейного проводника, но что делать, если проводник смотан в катушку?
Мы уже знаем, что при протекании тока вокруг проводника создается магнитное поле, катушка – это провод, свёрнутый в кольца вокруг сердечника или оправки много раз. Магнитное поле в таком случае усиливается. Соленоид и катушка – это, в принципе, одно и то же. Главная особенность в том, что линии магнитного поля проходят так же как и в ситуации с постоянным магнитом. Соленоид является управляемым аналогом последнего.
Правило правой руки для соленоида (катушки) нам поможет определить направление магнитного поля. Если взять катушку в руку так, чтобы четыре пальца смотрели в сторону протекания тока, тогда большой палец укажет на вектор B в середине катушки.
Если закручивать вдоль витков буравчик, опять же по направлению тока, т.е. от клеммы «+», до клеммы «-» соленоида, тогда острый конец и направление движения как лежит вектор магнитной индукции.
Простыми словами – куда вы крутите буравчик, туда и выходят линии магнитного поля. То же самое справедливо для одного витка (кругового проводника)
Определение направления тока буравчиком
Если вам известно направление вектора B – магнитной индукции, вы можете легко применить это правило. Мысленно передвигайте буравчик вдоль направления поля в катушке острой частью вперед, соответственно вращение по часовой стрелки вдоль оси движения и покажет, куда течет ток.
Если проводник прямой – вращайте вдоль указанного вектора рукоятку штопора, так чтобы это движение было по часовой стрелке. Зная, что он имеет правую резьбу – направление, в котором он вкручивается, совпадает с током.
Что связано с левой рукой
Не путайте буравчика и правило левой руки, оно нужно для определения действующей на проводник силы. Выпрямленная ладонь левой руки располагается вдоль проводника. Пальцы показывают в сторону протекания тока I. Через раскрытую ладонь проходят линии поля. Большой палец совпадает с вектором силы – в этом и заключается смысл правила левой руки. Эта сила называется силой Ампера.
Можно это правило применить к отдельной заряженной частице и определить направление 2-х сил:
- Лоренца.
- Ампера.
Представьте, что положительно заряженная частица двигается в магнитном поле. Линии вектора магнитной индукции перпендикулярны направлению её движения. Нужно поставить раскрытую левую ладонь пальцами в сторону движения заряда, вектор B должен пронизывать ладонь, тогда большой палец укажет направление вектора Fа. Если частица отрицательная – пальцы смотрят против хода заряда.
Если какой-то момент вам был непонятен, на видео наглядно рассматривается, как пользоваться правилом левой руки:
Важно знать! Если у вас есть тело и на него действует сила, которая стремится его повернуть, вращайте винт в эту сторону, и вы определите, куда направлен момент силы. Если вести речь об угловой скорости, то здесь дело обстоит так: при вращении штопора в одном направлении с вращением тела, завинчиваться он будет в направлении угловой скорости.
Выводы
Освоить эти способы определения направления сил и полей очень просто. Такие мнемонические правила в электричестве значительно облегчают задачи школьникам и студентам. С буравчиком разберется даже полный чайник, если он хотя бы раз открывал вино штопором. Главное не забыть, куда течет ток. Повторюсь, что использование буравчика и правой руки чаще всего с успехом применяются в электротехнике.
Напоследок рекомендуем просмотреть видео, благодаря которому вы на примере сможете понять, что такое правило буравчика и как его применять на практике:
Наверняка вы не знаете:
Правило буравчика, правило правой руки
2. Магнитное поле и его графическое изображение
Правило буравчикаНаправление линий
магнитного поля тока связано с
направлением тока в проводнике.
Правило буравчика
если направление
поступательного движения
буравчика совпадает с
направлением тока в
проводнике, то направление
вращения ручки буравчика
совпадает с направлением
линий магнитного поля тока.
С помощью правила буравчика
по направлению тока можно
определить направлений линий
магнитного поля, создаваемого этим
током, а по направлению линий
магнитного поля –
направление тока, создающего
это поле.
3. Неоднородное и однородное магнитное поле
Проводник с током расположенперпендикулярно плоскости листа:
1.Направление электрического тока от нас
( в плоскость листа)
Линии магнитного
поля будут
направлены по
часовой стрелке
4. Правило буравчика
Проводник с током расположенперпендикулярно плоскости листа:
2.Направление электрического тока на нас
( из плоскости листа)
Линии магнитного
поля будут
направлены против
часовой стрелки
5. Проводник с током расположен перпендикулярно плоскости листа: 1.Направление электрического тока от нас ( в плоскость листа) Согласно прав
Правило правой рукиДля определения
направления линий магнитного
поля соленоида удобнее
пользоваться другим правилом,
которое иногда называют
правилом правой руки.
если обхватить соленоид
ладонью правой руки,
направив четыре пальца по
направлению тока в витках,
то отставленный большой
палец покажет направление
линий магнитного поля
внутри соленоида.
6. Проводник с током расположен перпендикулярно плоскости листа: 2.Направление электрического тока на нас ( из плоскости листа) Согласно пра
Соленоид, как и магнит, имеет полюсы:тот конец соленоида, из которого магнитные линии
выходят, называется северным полюсом, а тот, в
который входят — южным.
Зная направления тока в соленоиде, по
правилу правой руки можно определить
направление магнитных линий внутри него, а
значит, и его магнитные полюсы и наоборот.
Правило правой руки можно применять и для
определения направления линий магнитного поля
в центре одиночного витка
с током.
7. Правило правой руки
дляпроводника с током
Если правую руку
расположить так,
чтобы большой палец
был направлен по
току, то остальные
четыре пальца
покажут направление
линии магнитной
индукции
1. Магнитное поле создается…
2.Что показывает картина магнитных линий?
3.Дайте характеристику однородного магнитного поля.
Выполнить чертеж.
4. Дайте характеристику неоднородного магнитного
поля. Выполнить чертеж.
5.Изобразите однородное магнитное поле в
зависимости от направления магнитных линий.
Поясните .
6. Объясните принцип действия правила буравчика.
7.Укажите два случая зависимости направления
магнитных линий от направления электрического тока.
8. Каким правилом следует воспользоваться для
определения направления магнитных линий
соленоида. В чем оно заключается?
9. Как определить полюсы соленоида?
9. Правило правой руки для проводника с током
Обнаружение магнитного поляпо его действию на
электрический ток.
Правило левой руки.
10. 1. Магнитное поле создается… 2.Что показывает картина магнитных линий? 3.Дайте характеристику однородного магнитного поля. Выполнить черте
На всякий проводник с током,помещенный в магнитное поле и
не совпадающий c его
магнитными линиями, это поле
действует с некоторой силой.
11. Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило левой руки.
Выводы:• Магнитное поле создаётся электрическим
током и обнаруживается по его действию
на электрический ток.
• Направление тока в проводнике,
направление линий магнитного поля и
направление силы, действующей на
проводник, связаны между собой.
12. На всякий проводник с током, помещенный в магнитное поле и не совпадающий c его магнитными линиями, это поле действует с некоторой силой.
Правило левой рукиНаправление силы,
действующей на проводник с
током в магнитном поле, можно
определить, пользуясь
правилом левой руки.
Если левую руку расположить
так , чтобы линии магнитного
поля входили в ладонь
перпендикулярно к ней, а четыре
пальца были направлены по
току. То отставленный на 900
большой палец покажет
направление действующей
на проводник силы.
13. Выводы:
За направление тока во внешнейцепи принято направление от «+»
к «–», т.е. против направления
движения электронов в цепи
14. Правило левой руки
Определение силы АмпераЕсли левую руку расположить
так, чтобы вектор магнитной
индукции входил в ладонь, а
вытянутые пальцы были
направлены вдоль тока, то
отведенный большой палец
укажет направление действия
силы Ампера на проводник с
током.
15. За направление тока во внешней цепи принято направление от «+» к «–», т.е. против направления движения электронов в цепи
Правило левой руки можно применятьдля определения направления силы, с
которой магнитное поле действует на
отдельно взятые движущиеся
заряженные частицы.
16. Определение силы Ампера
Сила, действующая на зарядЕсли левую руку
расположить так, чтобы линии
магнитного поля входили в
ладонь перпендикулярно к ней,
а четыре пальца были
направлены по движению
положительно заряженной
частицы (или против движения
отрицательно заряженной), то
отставленный на 900 большой
палец покажет направление
действующей на частицу силы
Лоренца.
17. Правило левой руки можно применять для определения направления силы, с которой магнитное поле действует на отдельно взятые движущиеся зар
Пользуясь правилом левой рукиможно определить направление
тока, направление магнитных
линий, знак заряда движущейся
частицы.
18. Сила, действующая на заряд
Случай когда сила действиямагнитного поля на проводник с
током или движущуюся
заряженную частицу F=0
19. Пользуясь правилом левой руки можно определить направление тока, направление магнитных линий, знак заряда движущейся частицы.
Реши задачу:20. Случай когда сила действия магнитного поля на проводник с током или движущуюся заряженную частицу F=0
21. Реши задачу:
• Отрицательно заряженная частица,движущаяся со скоростью v в магнитном
поле. Сделайте такой же рисунок в
тетради и укажите стрелочкой
направление силы, с которой поле
действует на частицу.
• Магнитное поле действует с силой F на
частицу, движущуюся со скоростью v.
Определите знак заряда частицы.
Правило буравчика, правой и левой руки
В физике и электротехнике широко используются различные приемы и способы, позволяющие определить одну из характеристик магнитного поля – направленность напряженности. С этой целью используется закон буравчика, правой и левой руки. Данные способы позволяют получить довольно точные результаты.
Правило буравчика и правой руки
Закон буравчика используется для определения направленности напряженности магнитного поля. Оно работает при условии прямолинейного расположения магнитного поля, относительно проводника с током.
Это правило заключается в совпадении направленности магнитного поля с направленностью рукоятки буравчика, при условии вкручивания буравчика с правой нарезкой в направлении электрического тока. Данное правило применяется и для соленоидов. В этом случае, большой палец, оттопыренный на правой руке, указывает направление линий магнитной индукции. При этом, соленоид обхватывается так, что пальцы указывают направление тока в его витках. Обязательным условием является превышение длиной катушки ее диаметра.
Правило правой руки противоположно правилу буравчика. При обхватывании исследуемого элемента, пальцы в сжатом кулаке указывают направление магнитных линий. При этом, учитывается поступательное движение по направлению магнитных линий. Большой палец, который отогнут на 90 градусов по отношению к ладони, указывает направление тока.
При движущемся проводнике, силовые линии перпендикулярно входят в ладонь. Большой палец руки вытянут перпендикулярно, и указывает направление движения проводника. Оставшиеся четыре оттопыренных пальца, расположены в направлении индукционного тока.
Правило левой руки
Среди таких способов, как правило буравчика, правой и левой руки, следует отметить правило левой руки. Для того, чтобы это правило работало, необходимо расположить левую ладонь таким образом, чтобы направление четырех пальцев было в сторону электрического тока в проводнике. Индукционные линии входят в ладонь перпендикулярно под углом 90. Большой палец отогнут, и указывает направление силы, действующей на проводник. Обычно, этот закон применяется, когда нужно определить направление отклонения проводника. В данной ситуации проводник располагается между двумя магнитами и по нему пропущен электрический ток.
Правило левой руки формулируется еще и таким образом, что четыре пальца на левой руке располагаются в направлении, куда движутся положительные или отрицательные частицы электрического тока. Индукционные линии, как и в других случаях, должны перпендикулярно располагаться относительно ладони и входить в нее. Большой оттопыренный палец указывает на направление силы Ампера или Лоренца.
Правило правой руки
Электромагнитная индукция
Представим себе два параллельных проводника аб и вг , расположенных на близком расстоянии один от другого. Проводник аб подключен к зажимам батареи Б; цепь включается ключом К, при замыкании которого по проводнику проходит ток в направлении от а к б. К концам же проводника вг присоединен чувствительный амперметр А, по отклонению стрелки которого судят о наличии тока в этом проводнике.
Если в собранной таким образом схеме замкнуть ключ К, то в момент замыкания цепи стрелка амперметра отклонится, свидетельствуя о наличии тока в проводнике вг;
по прошествии же небольшого промежутка времени (долей секунды) стрелка амперметра придет в исходное (нулевое) положение.
Размыкание ключа К опять вызовет кратковременное отклонение стрелки амперметра, но уже в другую сторону, что будет указывать на возникновение тока противоположного направления.
Подобное отклонение стрелки амперметра А можно наблюдать и в том случае, если, замкнув ключ К, приближать проводник аб к проводнику вг или удалять от него.
Приближение проводника аб к вг вызовет отклонение стрелки амперметра в ту же сорону, что и при замыкании ключа К, удаление проводника аб от проводника вг повлечет за собой отклонение стрелки амперметра, аналогичное отклонению при размыкании ключа К.
При неподвижных проводниках и замкнутом ключе К ток в проводнике вг можно вызвать изменением величины тока в проводнике аб.
Аналогичные явления происходят и в том случае, если проводник, питаемый током, заменить магнитом или электромагнитом.
Так, например, на рисунке схематически изображена катушка (соленоид) из изолированной проволоки, к концам которой подключен амперметр А.
Если внутрь обмотки быстро ввести постоянный магнит (или электромагнит), то в момент его введения стрелка амперметра А отклонится; при выведении магнита будет также наблюдаться отклонение стрелки амперметра, но в другую сторону.
Электрические токи, возникающие при подобных обстоятельствах, называются индукционными, а причина, вызывающая появление индукционных токов, электродвижущей силой индукции.
Эта эдс возникает в проводниках под действием изменяющихся магнитных полей,
в которых находятся эти проводники.
Направление эдс индукции в проводнике, перемещающемся в магнитном поле, может быть определено по правилу правой руки, которое формулируется так:
Если правую руку расположить ладонью к северному полюсу так, чтобы большой отогнутый палец показывал направление движения проводника, то четыре пальца будут указывать направление эдс индукции.
Направление индукционного тока, а следовательно, и эдс индукции определяют также по правилу Ленца, которое формулируется следующим образом:
Эдс индукции имеет всегда такое направление, что созданный ею индукционный ток препятствует причине, ее вызывающей.
Величина эдс индукции, возникающей в замкнутом проводнике, пропорциональна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур этого проводника.
Таким образом, если магнитный поток, пронизывающий контур замкнутого проводника, уменьшился на величину Ф в течение t секунд, то скорость уменьшения магнитного потока равна Ф/t.
Это отношение и представляет собой величину эдс индукции е, т. е.
е = —Ф/t.
Знак минус указывает на то, что ток, созданный эдс индукции, препятствует причине, вызвавшей эту здс.
Возникновение эдс индукции в замкнутом контуре происходит как при движении этого контура в магнитном поле, так и при изменении магнитного потока, пронизывающего неподвижный контур.
Если контур имеет витков, то индуктированная эдс
e = —Ф/t.
Произведение числа витков и магнитного потока, пронизывающих их, называется потокосцеплением =Ф, следовательно, индуктированная в катушке эдс
е = —Ф/t = —/t.
Эта формула, выражающая закон электромагнитной индукции, является исходной для определения эдс, индуктируемых в обмотках электротехнических машин и аппаратов.
Когда контур охватывается лишь частью магнитного потока, величина эдс индукции зависит от скорости изменения не всего потока, а лишь части его.
Допустим, что прямоугольный замкнутый контур абвг, стороны которого равны l и h, находится в магнитном поле, магнитная индукция которого во всех точках равна
В (Тл) и направлена за плоскость рисунка.
Пусть контур, оставаясь в плоскости рисунка, перемещается с равномерной скоростью сверху вниз и в течение t с выходит за пределы магнитного поля.
Замкнутый контур, перемещающийся в магнитном поле
Так как контур абвг перемещается вниз, то магнитный.поток, пронизывающий контур, уменьшается. Следовательно, направление эдс индукции совпадает с вращательным движением рукоятки буравчика, ввинчиваемого вдоль магнитных линий, т. е. по часовой стрелке.
Величина этой эдс индукции определится из следующих соображений.
Площадь, ограниченная контуром проводника, S=lh.
Магнитный поток, пронизывающий контур проводника, Ф=BS.
Чтобы уйти за пределы магнитного поля, т. е. чтобы изменить магнитный поток от Ф до нуля или на величину Ф=Ф, требуется, чтобы t=t.
Следовательно, Е=Ф/t =Ф/t или E=Blh/t.
Частное от деления пути h, пройденного проводником, на время t представляет собой скорость движения этого проводника. Обозначив ее буквой v, получим E=Blv.
Если в этой формуле магнитная индукция В выражена в теслах, длина l — в метрах и скорость v — в метрах на секунду (м/с), то эдс индукции выражается в вольтах.
Эта формула справедлива лишь в том случае, если проводник перемещается в магнитном поле в направлении, перпендикулярном магнитным силовым линиям этого поля.
Если проводник пересекает магнитные линии под каким-либо углом, то
E=Blv sin,
где — угол между направлением движения проводника и направлением вектора магнитной индукции (магнитных линий).
Пример воздействия магнитного поля на замкнутый контур
Скачать можно здесь
(Подробно и доходчиво в видеокурсе «В мир электричества — как в первый раз!»)
Правило буравчика для определения направления магнитного поля
Далеко не все явления в нашей жизни мы можем увидеть, хотя используем их постоянно. Например, электрический ток и магнитное поле. Если к току, как к явлению, мы более-менее привыкли, с магнитными полями не очень легко разобраться. О том, что это такое и как правило буравчика позволяет определить его направление и поговорим.
Содержание статьи
Что такое магнитное поле
Все, наверное, знают что такое постоянные магниты — они «липнут» к железу и некоторым другим материалам. Если приблизить два магнита, то они будут притягиваться или отталкиваться — в зависимости от того, как мы их повернем друг относительно друга. Почему и за счет чего так происходит? За счет того, что вокруг магнитов создается магнитное поле. Оно возникает при движении заряженных частиц. Например, вокруг провода, по которому протекает электрический ток, есть магнитное поле. Оно слабое, но оно есть.
Магнитное поле нельзя увидеть, но можно ощутить
Постоянные магниты
Как же тогда с магнитами? Откуда в них магнитное поле, ведь в них нет направленного движения частиц? Все просто. В них магнитное поле создается зарядами частиц. Как известно, любой материал состоит из положительно и отрицательно заряженных частиц. В некоторых материалах частицы можно расположить так, чтобы положительные были сконцентрированы с одной стороны, отрицательные — с другой. Эти «две стороны» называют полюсами магнита. Отрицательный — северный, обозначается латинской буквой N и закрашивается обычно синим цветом, положительный называют «южный» и обозначается S, закрашивается в красный цвет.
Постоянные магниты и их виды
Причем, стоит помнить, что однополюсных магнитов не бывает. Всегда есть два полюса. Если есть у вас большой магнит, его можно распилить пополам. И вы получите два магнита меньшего размера с двумя полюсами. Если распилите их — получите еще более мелкие двухполюсные магнитики.
Постоянные магниты можно сделать далеко не из всех материалов. Для этих целей подходят всего три вещества: железо (Fe), никель (Ni) и кобальт (Co). Если их выдержать в магнитном поле, частицы «рассортируются» по полюсам, материал станет магнитом. Но не все будут долго сохранять эти свойства. По способности удерживать магнитные свойства, материалы разделают на магнитомягкие и магнитотвердые материалы. Первые быстро намагничиваются, но и быстро теряют свои свойства. К таким относится железо (не обработанное). Магнитотвердый материал — например, сталь — в магнитном поле надо выдерживать долго. Зато после «выдержки» он становится магнитом на значительный промежуток времени. Можете поэкспериментировать со стальными скрепками.
Что такое магнитное поле
Приближая магниты друг к другу, на некотором расстоянии вы начнете ощущать, как они притягиваются или отталкиваются. Чем ближе подносите, тем сильнее они взаимодействуют. Все потому, что вокруг них существует магнитное поле. И чем ближе к магниту, тем поле сильнее. Причем выглядит это поле как округлые линии, которые выходят из северного полюса и «заходят» в южный.
Магнитное поле можно представить в виде линий
Почему так решили? А потому что можно эти линии увидеть «вживую». Для этого надо провести эксперимент. На лист фанеры положить магнит, насыпать вокруг мелких металлических опилок и лист фанеры немного потрусить. Металлические опилки расположатся именно так, как показано на рисунке ниже справа. Обратите внимание — чем ближе к магниту, тем опилок больше, чем дальше — тем меньше. Это потому что магнитное поле ослабевает по мере удаления.
Экспериментальное подтверждение: смотрим на магнитное поле и на взаимодействие полюсов
Опилки помогут понять и правила притяжения или отталкивания полюсов. На левом рисунке мы видим что происходит, если приблизить два противоположных полюса. Они притягиваются. Причем когда процесс завершится, картинка будет один в один как та, что справа. Как видите, они даже немного похожи.
Если поднести поближе два одноименных полюса — юг-юг или север-север — они будут отталкиваться. Это демонстрирует средний рисунок. И чем ближе их подносите, тем сильнее будет ощущаться противодействие.
Правило буравчика для магнитных полей
Речь шла о постоянных магнитах. У них все всегда понятно: где какой полюс и куда направлены линии магнитного поля — от северного полюса к южному. Но магнитное поле возникает и вокруг проводников, по которым течет ток. Просто оно слабое, так что даже если поднести два участка, по которым течет ток, особого притяжения или отталкивания мы не ощутим. Чтобы создать сильное электромагнитное поле, проводник накручивают вокруг какого-то сердечника. Это изделие называют соленоидом. Когда по нему течет ток, создается ощутимое магнитное поле. Но как направлены линии магнитного поля в электромагнитах? Где у них северный, где южный полюс? Вот это и выясняют с помощью правила буравчика.
Буравчик можно себе представить как обычный штопор с ручкой-перекладиной и витками, накрученными вправо. Чтобы закручивать такой штопор, ручку надо вращать вправо — по часовой стрелке. При этом острие штопора/буравчика продвигается вниз. Чтобы выкручивать его, надо рукоятку вращать влево — против часовой стрелки. Острие при этом движется вверх.
Правило буравчика для магнитного поля
С движением острия буравчика и направлением вращения рукоятки и связано определение направление магнитного поля. Вот как звучит правило буравчика (еще называют правило винта):
Если направление движения острия буравчика (винта) совпадает с направлением движения тока, то движение рукоятки буравчика укажет направление линий магнитного поля.
С ровными проводниками все просто. Представляете, вкручивать или выкручивать надо буравчик, получаете направление силовых линий. Если по условиям задачи есть только направление линий магнитного поля, при помощи правила буравчика можно установить направление тока. Для этого мысленно представляем, что ручка штопора крутится в указанном направлении. В зависимости от этого, определяем куда движется острие, а, значит, и куда течет ток.
Правило правой руки
Не всегда и не у всех с буравчиком «складывается». Некоторым людям сложно представить, как будет двигаться винт. В этом случае можно попробовать одну из его вариаций: правило правой руки. Для кого-то оно проще и наглядней. Вот как определять направление магнитного поля по правилу правой руки.
Если отогнуть большой палец правой руки и направить его в сторону течения тока, согнутые вокруг проводника пальцы, покажут направление движения магнитного поля.
Правило буравчика в другой интерпретации: правой руки для проводника (иллюстрация)
Внимание! Во время применения правила прикасаться к проводнику не надо. Все операции надо проделывать в собственном воображении, или на солидном расстоянии от реального проводника тока.
Правило правой руки для соленоида
Чем хорош этот вариант, так это тем что его легко применить и для соленоида. Направляем большой палец в том направлении, куда течет ток, и по остальным определяем направление магнитного поля. Все просто. С буравчиком так не получится.
По правилу правой руки определять также можно направление тока по имеющимся линиям магнитного поля. Пальцы располагаем вдоль этих линий, повернув их по движению. Отогнутый на 90° большой палец покажет направление тока.
Правило буравчика и правило правой. Что такое правило левой и правой руки в физике
Продолжительное время электрические и магнитные поля изучались раздельно. Но в 1820 году датский учёный Ханс Кристиан Эрстед во время лекции по физике обнаружил, что магнитная стрелка поворачивается возле проводника с током (см. Рис. 1). Это доказало магнитное действие тока. После проведения нескольких экспериментов Эрстед обнаружил, что поворот магнитной стрелки зависел от направления тока в проводнике.
Рис. 1. Опыт Эрстеда
Для того чтобы представить, по какому принципу происходит поворот магнитной стрелки вблизи проводника с током, рассмотрим вид с торца проводника (см. Рис. 2, ток направлен в рисунок, — из рисунка), возле которого установлены магнитные стрелки. После пропускания тока стрелки выстроятся определённым образом, противоположными полюсами друг к другу. Так как магнитные стрелки выстраиваются по касательным к магнитным линиям, то магнитные линии прямого проводника с током представляют собой окружности, а их направление зависит от направления тока в проводнике.
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 ()
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).
Рис. 4. Правило буравчика ()
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).
Рис. 5. Правило правой руки ()
Оба указанных правила дают один и тот же результат и могут быть использованы для определения направления тока по направлению магнитных линий поля.
После открытия явления возникновения магнитного поля вблизи проводника с током Эрстед разослал результаты своих исследований большинству ведущих учёных Европы. Получив эти данные, французский математик и физик Ампер приступил к своей серии экспериментов и через некоторое время продемонстрировал публике опыт по взаимодействию двух параллельных проводников с током. Ампер установил, что если по двум расположенным параллельно проводникам течёт электрический ток в одну сторону, то такие проводники притягиваются (см. Рис. 6 б) если ток течёт в противоположные стороны — проводники отталкиваются (см. Рис. 6 а).
Рис. 6. Опыт Ампера ()
Из своих опытов Ампер сделал следующие выводы:
1. Вокруг магнита, или проводника, или электрически заряженной движущейся частицы существует магнитное поле.
2. Магнитное поле действует с некоторой силой на заряженную частицу, движущуюся в этом поле.
3. 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.
Рис. 7. Иллюстрация к задаче
Решение
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. 8. Иллюстрация к задаче
Опыт Ампера, в котором вокруг катушки устанавливались магнитные стрелки, показал, что при протекании по катушке тока стрелки к торцам соленоида устанавливались разными полюсами вдоль мнимых линий (см. Рис. 9). Это явление показало, что вблизи катушки с током есть магнитное поле, а также что у соленоида есть магнитные полюса. Если изменить направление тока в катушке, магнитные стрелки развернутся.
Рис. 9. Опыт Ампера. Образование магнитного поля вблизи катушки с током
Для определения магнитных полюсов катушки с током используется правило правой руки для соленоида (см. Рис. 10) — если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида, то есть на его северный полюс. Это правило позволяет определять направление тока в витках катушки по расположению её магнитных полюсов.
Рис. 10. Правило правой руки для соленоида с током
Определите направление тока в катушке и полюсы у источника тока, если при прохождении тока в катушке возникают указанные на рисунке 11 магнитные полюсы.
Рис. 11. Иллюстрация к задаче
Решение
Согласно правилу правой руки для соленоида, обхватим катушку таким образом, чтобы большой палец показывал на её северный полюс. Четыре согнутых пальца укажут на направление тока вниз по проводнику, следовательно, правый полюс источника тока положительный (см. Рис. 12).
Рис. 12. Иллюстрация к задаче
На данном уроке мы рассмотрели явление возникновения магнитного поля вблизи прямого проводника с током и катушки с током (соленоида). Также были изучены правила нахождения магнитных линий данных полей.
Список литературы
- 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.
Домашнее задание
- Интернет-портал Clck.ru ().
- Интернет-портал Class-fizika.narod.ru ().
- Интернет-портал Festival.1september.ru ().
Тем, кому в школе плохо давалась физика, правило буравчика и сегодня — самая настоящая «терра инкогнита». Особенно если попытаться найти определение известного закона в Сети: поисковые системы тут же выдадут множество мудрёных научных объяснений со сложными схемами. Однако вполне возможно кратко и понятно объяснить, в чём же оно состоит.
В чём состоит правило буравчика
Буравчик — инструмента для сверления отверстий
Оно звучит так: в случаях, когда направление буравчика совпадает с направлением тока в проводнике во время поступательных движений, то одновременно идентичным ему будет и направление вращения ручки буравчика.
В поисках направления
Чтобы разобраться, придётся всё-таки вспомнить школьные уроки. На них учителя физики рассказывали нам о том, что электроток — это движение элементарных частиц, которые при этом несут свой заряд по проводящему материалу. Благодаря источнику движение частиц в проводнике — направленное. Движение, как известно, жизнь, а потому вокруг проводника возникает не что иное, как магнитное поле, и оно тоже вращается. Но как?
Ответ даёт именно это правило (без использования каких-либо специальных инструментов), и результат оказывается весьма ценным, ведь в зависимости от направления магнитного поля парочка проводников начинает действовать по совершенно разным сценариям: либо отталкиваться друг от друга, либо, напротив, устремляться навстречу.
Использование
Самый простой способ определения пути движений линий магнитного поля — применение правила буравчика
Представить это можно и так — на примере собственной правой руки и самого обычного провода. Провод кладём в руку. Четыре пальца крепко сжимаем в кулак. Большой палец указывает вверх — наподобие жеста, которым мы демонстрируем, что нам что-то нравится. В данной «раскладке» большой палец чётко укажет направление движения тока, тогда как остальные четыре — путь движений линий магнитного поля.
Правило вполне применимо в жизни. Физикам оно необходимо для того, чтобы определить направление магнитного поля тока, рассчитать механическое вращение скорости, вектор магнитной индукции и момент сил.
Кстати, о том, что правило применимо к самым разным ситуациям говорит и то, что существует сразу несколько его толкований — в зависимости от рассматриваемого каждого конкретного случая.
С момента создания электричества было проделано много научной работы в физике по изучению его характеристик, особенностей и влияния на окружающую среду. Правило буравчика внесло свой значимый след в изучение магнитного поля, закон правой руки для цилиндрической обмотки провода позволяет глубже понять процессы, проходящие в соленоиде, а правило левой руки характеризует силы, влияющие на проводник с током. Благодаря правой и левой руке, а также мнемоническим приемам можно с легкостью эти закономерности изучить и понять.
Принцип буравчика
Достаточно долгое время магнитные и электрические характеристики поля изучались физикой раздельно. Однако в 1820 году совершенно случайно датский ученый Ханс Христиан Эрстед обнаружил магнитные свойства провода с электричеством во время проведения лекции по физике в университете. Также была обнаружена зависимость ориентации магнитной стрелки от направления протекания тока в проводнике.
Проведенный опыт доказывает наличие поля с магнитными характеристиками вокруг провода с током, на которое реагирует намагниченная стрелка или компас. Ориентация протекания «переменки» заставляет поворачиваться стрелку компаса в противоположные стороны, сама стрелка расположена по касательной электромагнитного поля.
Для выявления ориентации электромагнитных потоков применяют правило буравчика, или закон правого винта, которое гласит, что, ввинчивая шуруп по курсу протекания электротока в шунте, путь верчения рукоятки задаст ориентацию ЭМ потоков фона «переменки».
Также возможно использовать правило Максвелла правой руки: когда отодвинутый палец правой руки ориентируется по курсу протекания электричества, то остальные сжатые пальцы покажут ориентацию электромагнитной области.
Пользуясь этими двумя принципами, будет получен одинаковый эффект, используемый для определения электромагнитных потоков.
Закон правой руки для соленоида
Рассмотренный принцип винта или закономерность Максвелла для правой руки применим для прямолинейного провода с током. Однако в электротехнике встречаются устройства, у которых проводник расположен не прямолинейно, и для него закон винта не применим. В первую очередь, это касается катушек индуктивности и соленоидов. Соленоид, как разновидность катушки индуктивности, представляет собой цилиндрическую обмотку провода, длина которого во много раз больше диаметра соленоида. Дроссель индуктивности отличается от соленоида лишь длиной самого проводника, который может быть в разы меньше.
Французский специалист по математике и физике А-М. Ампер, благодаря своим опытам, узнал и доказал, что при прохождении по дросселю индуктивности электротока указатели компаса у торцов цилиндрической обмотки провода разворачивались обратными концами вдоль невидимых потоков ЭМ поля. Такие опыты доказали, что около катушки индуктивности с током образовывается магнитное поле, и цилиндрическая обмотка проволоки формирует магнитные полюса. Электромагнитное поле, возбуждаемое электротоком цилиндрической обмотки проволоки, подобно магнитному полю постоянного магнита – конец цилиндрической обмотки провода, из которого выходят ЭМ потоки, отображает полюс, являющийся северным, а противоположный конец является южным.
Для распознавания магнитных полюсов и ориентации ЭМ линий в дросселе с током употребляют правило правой руки для соленоида. Оно сообщает о том, что, если взять данную катушку рукой, разместить пальцы ладони прямо по курсу протекания электронов в витках, большой палец, отодвинутый на девяносто градусов, задаст ориентацию электромагнитного фона в середине соленоида – его северный полюс. Соответственно, зная позицию магнитных полюсов цилиндрической обмотки проволоки, можно определить трассу протекания электронов в витках.
Закон левой руки
Ханс Христиан Эрстед после открытия явления магнитного поля вблизи шунта в кратчайшие сроки поделился своими результатами с большинством ученых Европы. В результате этого Ампер А.-М., пользуясь своими методами, спустя короткий отрезок времени явил общественности эксперимент по специфическому поведению двух параллельных шунтов с электротоком. Формулировка опыта доказывала, что параллельно размещенные провода, по которым протекает электричество в одном направлении, взаимно придвигаются друг к другу. Соответственно, такие шунты будут взаимно отталкиваться при условии, что протекающая в них «переменка» будет распределяться в разные стороны. Эти эксперименты легли в основу законов Ампера.
Испытания позволяют озвучить главные выводы:
- Постоянный магнит, проводник с «переменкой», электрически заряженная движущаяся частица имеют вокруг себя ЭМ область;
- Заряженная частица, движущаяся в этой области, поддается некоторому воздействию со стороны ЭМ фона;
- Электрическая «переменка» является ориентированным перемещением заряженных частиц, соответственно, электромагнитный фон воздействует на шунт с электричеством.
ЭМ фон влияет на шунт с «переменкой» неким давлением, называемым силой Ампера. Указанную характеристику можно определить формулой:
FA=IBΔlsinα, где:
- FA – сила Ампера;
- I – интенсивность электричества;
- B – вектор магнитной индукции по модулю;
- Δl – размер шунта;
- α – угол между направлением В и курсом электричества в проводе.
При условии, что угол α – девяносто градусов, то данная сила наибольшая. Соответственно, если данный угол равен нулю, то и сила нулевая. Контур этой силы выявляется по закономерности левой руки.
Если изучить правило буравчика и правило левой руки, получите все ответы на формирование ЭМ полей и их влияние на проводники. Благодаря этим правилам, есть возможность рассчитывать индуктивности катушек и при необходимости формировать противотоки. В основе принципа построения электродвигателей лежат силы Ампера в целом и правило левой руки в частности.
Видео
С помощью правил левой и правой руки с легкостью можно найти и определить направления тока, магнитных линий, а также других физических величин.
Правило буравчика и правой руки
Правило буравчика впервые было сформулировано известным физиком Петром Буравчиком. Его удобно использовать, чтобы определить направленность напряженности. Итак, формулировка правила такова: в случае когда буравчик, двигающийся поступательно, вкручивается по направлению электрического тока, направленность рукоятки самого буравчика должна совпасть с направленностью магнитного поля. Данное правило можно применить с соленоидом: обхватываем соленоид, пальцы должны показывать туда же, куда и ток, то есть показать путь тока в витках, дальше оттопыриваем большой палец правой руки, он и указывает на нужное путь линий магнитной индукции.
Правило правой руки употребляют по статистике гораздо чаще правила буравчика, от части из — за более понятной формулировки, оно гласит: обхватываем предмет правой рукой, при этом сжатые пальцы кулака должны показывать направление магнитных линий, а оттопыренный приблизительно на 90 градусов большой палец должен показать направление электрического тока. Если присутствует движущийся проводник: руку следует развернуть таким образом, чтобы силовые линии данного поля были перпендикулярны ладони (90 градусов) , оттопыренный большой палец должен показать на путь движения проводника, тогда 4 загнутых пальца укажут на путь индукционного тока.
Правило левой руки
У правила левой руки существуют две формулировки. Первая формулировка гласит: следует разместить руку, чтобы оставшиеся загнутые пальцы руки указывали на путь электрического тока в данном проводнике, линии индукции должны быть перпендикулярны ладони, а выставленный большой палец левой руки указывает на силу, оказывающую воздействие на данный проводник. Следующая формулировка гласит: четыре согнутых пальца руки, кроме большого располагаются именно по движению отрицательно заряженных или положительно заряженных электрического тока, а линии индукции при этом должны перпендикулярно (90 градусов) направляться в ладонь, в этом случае выставленный большой в данном случае должен показать на течение силы Ампера или же силы Лоренца.
Правосторонняя линейка
Левая ориентация показана слева, а правая — справа. Использование правой руки.В математике и физике правило правой руки является общей мнемоникой для понимания условных обозначений для векторов в 3 измерениях. Он был изобретен для использования в электромагнетизме британским физиком Джоном Амброузом Флемингом в конце 19 века.
При выборе трех векторов, которые должны быть под прямым углом друг к другу, есть два различных решения, поэтому при выражении этой идеи в математике необходимо устранить двусмысленность того, какое решение имеется в виду.
Есть вариации мнемоники в зависимости от контекста, но все вариации связаны с одной идеей выбора соглашения.
Направление, связанное с упорядоченной парой направлений
Одна форма правила правой руки используется в ситуациях, в которых упорядоченная операция должна выполняться над двумя векторами a и b , результатом которых является вектор c перпендикулярно как a , так и b .Самый распространенный пример — векторное векторное произведение. Правило правой руки требует следующей процедуры выбора одного из двух направлений.
- Когда большой, указательный и средний пальцы расположены под прямым углом друг к другу (указательный палец направлен прямо), средний палец указывает в направлении c , когда большой палец представляет a и указательный палец представляет собой b .
Возможны другие (эквивалентные) назначения пальцев.Например, первый (указательный) палец может представлять a , первый вектор в произведении; второй (средний) палец, b , второй вектор; и большой палец, c , продукт.
Направление, связанное с вращением
Прогнозирование направления поля ( B ), учитывая, что ток I течет в направлении большого пальца.Другая форма правила правой руки, иногда называемая правилом правой руки , используется в ситуациях, когда вектор должен быть назначен на вращение тела, магнитного поля или жидкости.В качестве альтернативы, когда поворот задается вектором, и необходимо понимать, каким образом происходит поворот, применимо правило правого захвата.
Эта версия правила используется в двух дополнительных приложениях закона цепей Ампера:
- Электрический ток проходит через соленоид, создавая магнитное поле. Когда вы обхватываете правой рукой соленоид пальцами в направлении обычного тока, ваш большой палец указывает в направлении северного магнитного полюса.
- Электрический ток проходит по прямому проводу. Здесь большой палец указывает направление обычного тока (от положительного к отрицательному), а пальцы указывают в направлении магнитных линий потока.
Этот принцип также используется для определения направления вектора крутящего момента. Если вы захватите воображаемую ось вращения силы вращения так, чтобы ваши пальцы указывали в направлении силы, то вытянутый большой палец указывает в направлении вектора крутящего момента.
Правило для захвата правой рукой — это соглашение, полученное из правила правостороннего захвата векторов. При применении правила к току в прямом проводе, например, направление магнитного поля (против часовой стрелки, а не по часовой стрелке, если смотреть с кончика большого пальца) является результатом этого соглашения, а не лежащим в основе физическим явлением.
Приложения
Первая форма правила используется для определения направления векторного произведения двух векторов.Это приводит к широкому распространению в физике, где бы ни встречается перекрестное произведение. Список физических величин, направления которых связаны правилом правой руки, приведен ниже. (Некоторые из них только косвенно связаны с перекрестными произведениями и используют вторую форму.)
Внешние ссылки
Правило правой руки | PASCO
Правило правой руки в физике
Правило правой руки — это мнемоника руки, используемая в физике для определения направления осей или параметров, указывающих в трех измерениях.Правило правой руки, изобретенное в XIX веке британским физиком Джоном Амброузом Флемингом для применения в электромагнетизме часто используется для определения направления третьего параметра, когда известны два других (магнитное поле, ток, магнитная сила). Есть несколько вариантов правила правой руки, которые объясняются в этом разделе.
Когда проводник, такой как медный провод, движется через магнитное поле (B), в проводнике индуцируется электрический ток (I).Это явление известно как закон индукции Фарадея. Если проводник перемещается внутри магнитного поля, то существует соотношение между направлениями движения (скорости) проводника, магнитного поля и индуцированного тока. Мы можем использовать правило правой руки Флеминга исследовать закон индукции Фарадея, который представлен уравнением:
ЭДС = индуцированная ЭДС (V или J / C)
N = количество витков катушки
Δ𝚽 B = изменение магнитного потока (Тм2)
Δ t = изменение во времени (с)
Поскольку оси x, y и z перпендикулярны друг другу и образуют прямые углы, правило правой руки можно использовать для визуализации их выравнивание в трехмерном пространстве.Чтобы использовать правило правой руки, начните с создания L-образной формы с помощью большого пальца правой руки, указателя и середины. Палец. Затем переместите средний палец внутрь к ладони так, чтобы он был перпендикулярен указательным и большим пальцам. Твоя рука должно выглядеть примерно так:
На схеме выше большой палец совмещен с осью z, указательный палец — с осью x, а средний палец — с осью y.
Беспроводная интеллектуальная тележка
Один из лучших способов помочь учащимся обрести уверенность в использовании правила правой руки — это провести наглядную демонстрацию, которая поможет им распознать и исправить свои неправильные представления об ортогональных отношениях и системах координат.
Многие учителя используют вращающуюся линейку, чтобы показать, что объект, который кажется вращающимся «по часовой стрелке» с точки зрения одного ученика, также кажется вращающимся «против часовой стрелки», если смотреть с другой точки зрения. Использование динамической тележки для обучения правилу правой руки позволяет преподавателям продемонстрировать как проблему с помощью терминологии «по часовой стрелке», так и «против часовой стрелки», а также решение, которое обеспечивают правило правой руки и оси вращения. С беспроводной интеллектуальной тележкой преподаватели могут использовать 3-осевой гироскоп и фиксированную систему координат для создания увлекательных демонстраций вращательного движения.Ознакомьтесь с полной демонстрацией здесь.Правило правой руки для магнетизма
Движущиеся заряды
Заряженная частица — это частица с электрическим зарядом. Когда неподвижная заряженная частица существует в магнитном поле, она не испытать магнитную силу; однако, как только заряженная частица движется в магнитном поле, она испытывает наведенное магнитное поле. сила, которая смещает частицу с ее первоначального пути. Это явление, также известное как сила Лоренца, согласуется с правилом, что утверждает, что «магнитные поля не работают.”Уравнение, используемое для определения величины магнитной силы, действующей на заряженную частицу (q) перемещение магнитного поля (B) со скоростью v под углом θ составляет:
Если скорость заряженной частицы параллельна магнитному полю (или антипараллельна), то силы нет, потому что sin (θ) равен нулю. Когда это происходит, заряженная частица может сохранять прямолинейное движение даже в присутствии сильного магнитного поля.
Плоскость, образованная направлением магнитного поля и скоростью заряженной частицы, расположена под прямым углом к силе.Поскольку сила возникает под прямым углом к плоскости, образованной скоростью частицы и магнитным полем, мы можем использовать правило правой руки, чтобы определить их ориентацию.
Правило правой руки гласит: чтобы определить направление магнитной силы на положительный движущийся заряд, направьте большой палец правой руки в направление скорости (v), указательный палец в направлении магнитного поля (B) и средний палец будут указывать в направление результирующей магнитной силы (F).На отрицательные заряды будет действовать сила в противоположном направлении.
Магнитная сила, индуцированная током: ток в прямом проводе
Обычный ток состоит из движущихся зарядов, которые имеют положительный характер. Когда обычный ток проходит по проводящему проводу, на провод действует магнитное поле, которое его толкает. Мы можем использовать правило правой руки, чтобы определить направление силы, действующей на токоведущий провод. В этой модели ваши пальцы указывают в направлении магнитного поля, а большой палец — в направлении магнитного поля. обычный ток, протекающий через провод, и ваша ладонь указывает направление, в котором провод проталкивается (сила).
Магнитная сила, действующая на провод с током, определяется уравнением:
Когда длина провода и магнитное поле расположены под прямым углом друг к другу, уравнение принимает следующий вид:
F B = магнитная сила (Н)
I = ток (A)
L = длина провода (м)
B = магнитное поле (Тл)
Если рассматривать протекание тока как движение носителей положительного заряда (обычный ток) в приведенном выше image, мы замечаем, что обычный ток движется вверх по странице.Поскольку обычный ток состоит из положительных зарядов, то тот же провод с током также может быть описан как имеющий ток с отрицательным носители заряда движутся вниз по странице. Хотя эти токи движутся в противоположных направлениях, один наблюдается магнитная сила, действующая на провод. Следовательно, сила действует в том же направлении, независимо от того, рассмотрите поток положительных или отрицательных носителей заряда на изображении выше. Применение правила правой руки к направление обычного тока указывает направление магнитной силы, которое должно быть направлено вправо.Когда мы рассматриваем поток отрицательных носителей заряда на изображении выше, правило правой руки указывает на то, что направление силы, которую нужно оставить; однако отрицательный знак меняет результат на противоположный, указывая на то, что направление магнитной силы действительно указывает вправо.
Если мы рассмотрим поток зарядов в двух разных проводах, один с положительными зарядами, текущими вверх по странице, а другой с отрицательными зарядами, текущими вверх по странице, то направление магнитных сил не будет таким же, потому что мы рассматриваем две разные физические ситуации.В первом проводе поток положительных зарядов вверх по странице указывает на то, что по странице стекают отрицательные заряды. Правило правой руки говорит нам, что магнитный сила укажет в правильном направлении. По второму проводу вверх по странице текут отрицательные заряды, которые означает, что положительные заряды стекают по странице. В результате правило правой руки показывает, что магнитная сила указывает в левом направлении.
Токи, индуцированные магнитными полями
В то время как магнитное поле может быть индуцировано током, ток также может быть индуцирован магнитным полем.Мы можем использовать второе правило правой руки, иногда называемое правилом захвата правой руки, для определения направления магнитного поле, созданное током. Чтобы использовать правило захвата правой рукой, направьте большой палец правой руки в направлении течения. течь и скручивай пальцы. Направление ваших пальцев будет отражать направление искривления индуцированного магнитного поля.
Правило захвата правой рукой особенно полезно для решения проблем, связанных с токоведущим проводом или соленоидом. В обеих ситуациях правило захвата правой рукой применяется к двум приложениям закона оборота Ампера, который связывает интегрированное магнитное поле вокруг замкнутого контура к электрическому току, проходящему через плоскость замкнутого контура.
Направление вращения: соленоиды
Когда электрический ток проходит через соленоид, он создает магнитное поле. Чтобы использовать правило захвата правой рукой в проблема с соленоидом, укажите пальцами в направлении обычного тока и оберните пальцы, как будто они были вокруг соленоида. Ваш большой палец будет указывать в направлении силовых линий магнитного поля внутри соленоида. Примечание что силовые линии магнитного поля вне соленоида направлены в противоположном направлении. Они охватывают изнутри, чтобы снаружи соленоида.
Направление вращения: токоведущие провода
Когда электрический ток проходит по прямому проводу, он индуцирует магнитное поле. Чтобы применить правило захвата правой рукой, совместите большой палец с направлением обычного тока (от положительного к отрицательному), и ваши пальцы будут указывать направление магнитных линий потока.
Правило правой руки для крутящего момента
Проблемы с крутящим моментом часто являются самой сложной темой для студентов-первокурсников-физиков.К счастью, есть правило правой руки приложение для крутящего момента. Чтобы использовать правило правой руки в задачах с крутящим моментом, возьмите правую руку и наведите ее на направление вектора положения (r или d), затем поверните пальцы в направлении силы, и большой палец укажет в направлении крутящего момента.
Уравнение для расчета величины вектора крутящего момента для крутящего момента, создаваемого заданной силой:
Когда угол между вектором силы и плечом момента является прямым, синусоидальный член становится 1 и уравнение становится:
F = сила (Н)
𝜏 = крутящий момент (Нм)
r = расстояние от центра до линии действия (м)
Положительный и отрицательный крутящие моменты
Моменты, возникающие против часовой стрелки, являются положительными.В качестве альтернативы крутящие моменты, возникающие в по часовой стрелке — отрицательные моменты. Так что же произойдет, если ваша рука укажет на бумагу или из нее? Крутящие моменты, которые лицевой стороной из бумаги следует анализировать положительный крутящий момент, в то время как крутящий момент, направленный внутрь, следует анализировать. как отрицательные моменты.
Правило правой руки для перекрестного произведения
Перекрестное произведение или векторное произведение создается, когда упорядоченная операция выполняется над двумя векторами, a и b. В векторное произведение векторов a и b перпендикулярно как a, так и b и перпендикулярно плоскости, которая его содержит.С есть два возможных направления для перекрестного произведения, для определения направления следует использовать правило правой руки вектора кросс-произведения.
Например, векторное произведение векторов a и b можно представить с помощью уравнения:
(произносится как «крест б»)
Чтобы применить правило правой руки к перекрестным произведениям, выровняйте пальцы и большой палец под прямым углом. Затем укажите свой индекс палец в направлении вектора a и средний палец в направлении вектора b.Ваш большой палец правой руки укажет в направлении векторного произведения a x b (вектор c).
Правило правой руки для закона Ленца
Закон электромагнитной индукции Ленца — еще одна тема, которая часто кажется нелогичной, поскольку требует понимание того, как магнетизм и электрические поля взаимодействуют в различных ситуациях. Закон Ленца гласит, что направление тока, индуцируемого в замкнутом проводящем контуре изменяющимся магнитным полем (закон Фарадея), такова, что вторичное магнитное поле, созданное индуцированным током, противодействует начальному изменению магнитного поля, которое произвело Это.Так что это значит? Давайте разберемся с этим.
Когда магнитный поток через проводник с замкнутым контуром изменяется, он индуцирует ток внутри контура. Индуцированная ток создает вторичное магнитное поле, которое противодействует первоначальному изменению потока, которое инициировало индуцированный ток. Сила магнитного поля, проходящего через катушку из проволоки, определяет магнитный поток. Магнитный поток зависит от сила поля, площадь катушки и относительная ориентация между полем и катушкой, как показано в следующем уравнении.
𝚽 B = магнитный поток (Tm 2 )
B = магнитное поле (Тл)
Θ = угол между полем и нормалью (град.)
A = площадь контура (м 2 )
Чтобы понять, как закон Ленца повлияет на эту систему, нам нужно сначала определить, является ли начальное магнитное поле увеличение или уменьшение силы. Когда северный магнитный полюс приближается к петле, это вызывает существующее магнитное поле. поле для увеличения.Поскольку магнитное поле увеличивается, индуцированный ток и результирующее индуцированное магнитное поле будут противодействовать исходному магнитному полю, уменьшая его. Это означает, что первичное и вторичное магнитные поля будут возникать в противоположные направления. Когда существующее магнитное поле уменьшается, индуцированный ток и результирующее индуцированное магнитное поле поле будет противодействовать исходному, уменьшая магнитное поле, усиливая его. Таким образом, индуцированное магнитное поле будет иметь в том же направлении, что и исходное магнитное поле.
Чтобы применить правило правой руки к закону Ленца, сначала определите, увеличивается ли магнитное поле, проходящее через петлю, или уменьшается. Напомним, что магниты создают силовые линии магнитного поля, которые движутся от северного магнитного полюса в направлении магнитный южный полюс. Если магнитное поле увеличивается, то направление вектора индуцированного магнитного поля будет в обратном направлении. Если магнитное поле в контуре уменьшается, то вектор индуцированного магнитного поля будет происходят в том же направлении, чтобы заменить уменьшение исходного поля.Затем выровняйте большой палец в направлении индуцированное магнитное поле и скрученные пальцы. Ваши пальцы будут указывать в направлении индуцированного тока.
Правил для правой руки
Правил для правой рукиF магнитный — Сила магнитного поля на движущийся заряд
| Когда заряд помещается в магнитное поле, этот заряд испытывает
магнитная сила; при наличии двух условий: 1) заряд движется относительно магнитного поля, 2) скорость заряда имеет составляющую, перпендикулярную направление магнитного поля |
Правила правой руки применяются к положительным зарядам или положительный (условный) ток
| При использовании Правил правой руки важно помнить что правила предполагают, что заряды движутся обычным током (гипотетическая поток положительных зарядов).Чтобы применить Правило правой руки движущемуся отрицательному заряду, скорость (v) этого заряда должна быть обратной — чтобы представляют собой аналогичный условный ток. |
Создание иллюстраций магнитного поля и заряда взаимодействия в 3D
| Поскольку сила, действующая на движущийся заряд со стороны магнитного поле перпендикулярно как скорости заряда, так и направлению поля, чтобы проиллюстрировать эти взаимодействия, необходимо использовать два символа слева для обозначения движения в или из плоскости страницы. |
Правило правой руки # 1 (RHR # 1)
Правило правой руки №1 определяет
направления магнитной силы, обычного тока и магнитного поля.
При любых двух тезисах можно найти третий.
| Правой рукой: укажите указательным пальцем в направлении скорости заряда, v , (вспомним обычный ток). Укажите средним пальцем в направлении магнитного поля B. Ваш большой палец теперь указывает в направлении магнитной силы, F магнитный . |
Правило правой руки # 2 (RHR # 2)
Правило правой руки №2 определяет направление магнитного
поле вокруг токоведущего провода и наоборот
| Правой рукой: Согните пальцы в полукруг вокруг проволоки, они указывают внутрь направление магнитного поля, B Укажите большим пальцем в направлении обычного тока. |
Применение правил правой руки:
Правила правой руки указывают только направление магнитного поля.
Чтобы определить силу магнитного поля, некоторые полезные математические
уравнения могут быть применены.
| Для длинного прямого провода магнитное поле B равно:
B = m o I
/ 2пр;
куда, м или = 4p x 10 -7 Т · м / А и ОС, называемые проницаемость свободного пространства, r — радиальное расстояние от провода в метрах, а I — ток в амперах. |
| Для одиночной петли из проволоки магнитное поле, В
через центр петли проходит:
B = m o I
/ 2R;
куда, м или — проницаемость свободного пространства, а R — радиус круговой петля из проволоки, измеренная в метрах. Оба поля для мотка проволоки и соленоид может быть построен из этого уравнения. |
Вопросы для рассмотрения:
1. Протон движется со скоростью 5,0 x 10 6 м. / с, когда он встречает магнитное поле величиной 0,40 Тл, перпендикулярное к скорости протона. Сделайте набросок этой ситуации и обозначьте направления скорости протона, магнитного поля и магнитного сила.| 2. Здесь длинный, по прямому проводу проходит ток I, равный 3.0 A. Частица, q с зарядом +6,5 x 10 -6 C, движется параллельно проводу в указанном направлении на расстоянии r = 0,050 м и скорость v = 280 м / с. Определите величину и направление магнитного поля, испытываемого зарядом. |
Ссылки:
Катнелл Дж. И Джонсон К. (1998), Physics , Vol. 2, Wiley: NY, стр. 631, 33, 46 и 49. Эта страница предоставлена Камило Тафуром и Дэном Макисаком
[Вернуться к указателю экспериментов]
Узнайте о правиле правой руки | Chegg.com
∮CB → ⋅dl → = μ0Ienc \ oint \ limits_ {C} {\ overrightarrow {B} \ cdot \ overrightarrow {dl}} = {{\ mu} _ {0}} {{I } _ {\ text {enc}}} C∮ B⋅dl = μ0 Ienc
Здесь ienci_ {enc} ienc — это ток, заключенный в замкнутый контур C (имеющий бесконечно малый элемент строки dl⃗ \ vec {dl } dl), μ0 \ mu_0μ0 — проницаемость свободного пространства, а B⃗ \ vec BB — магнитное поле. Из-за цилиндрической симметрии, когда постоянный ток течет по прямому проводу, силовые линии магнитного поля изгибаются вокруг провода на поверхности воображаемых цилиндров. Если использовать правило для правой руки, если большой палец представляет ток, текущий через проводник, пальцы сгибаются в направлении магнитного поля.
Рисунок: магнитное поле, создаваемое током, протекающим через провод Когда через соленоид протекает ток, вдоль его оси создается магнитное поле из-за тока, протекающего через кольцевые петли.При использовании правила для правой руки, если пальцы сгибаются в направлении тока, большой палец указывает в направлении магнитного поля.
Рисунок: магнитное поле, создаваемое током, протекающим через соленоид
Правило правой руки Флеминга показывает направление индуцированного тока, когда проводник движется через магнитное поле. Если большой палец представляет движение проводника, а указательный палец представляет магнитное поле, то средний палец указывает на индуцированный ток.
Магнитная сила: Если заряд q движется со скоростью v⃗ \ vec vv в магнитном поле B⃗ \ vec BB, тогда магнитная сила, действующая на заряд, определяется выражением:
F⃗ = q (v⃗ × B⃗) \ vec F = q (\ vec v \ times \ vec B) F = q (v × B)
Так как это перекрестное произведение, результирующая сила может быть представлена с помощью правой -ручное правило, как объяснялось ранее.
Вращающееся тело: Используя правило правой ручки, учитывая ориентацию вращения, направление крутящего момента и углового момента можно определить по большому пальцу.
Магнитное поле, связанное с током | Электромагнетизм
10.2 Магнитное поле, связанное с током (ESBPS)
Если вы поднесете компас к проводу, через который проходит ток. течет, стрелка компаса отклоняется.
Поскольку компасы работают, указывая вдоль силовых линий магнитного поля, это означает, что рядом с проводом, по которому течет ток, должно быть магнитное поле.
Магнитное поле, создаваемое электрическим током, всегда ориентированы перпендикулярно направлению тока.Ниже приведен эскиз того, как выглядит магнитное поле вокруг провода, когда по нему течет ток. Мы используем \ (\ vec {B} \) для обозначения магнитного поля и стрелки на силовых линиях, чтобы показать направление магнитного поля. Обратите внимание на , что если нет тока, не будет магнитного поля.
Направление тока в проводе (проводе) показано центральной стрелкой. Кружки являются линиями поля, и они также имеют направление, указанное стрелками на линиях.Как и в случае с силовыми линиями электрического поля, чем больше количество линий (или чем они ближе друг к другу) в области, тем сильнее магнитное поле.
Важно: все наше обсуждение направлений поля предполагает, что мы имеем дело с условным током .
Чтобы визуализировать эту ситуацию, поставьте ручку или карандаш прямо на стол. Круги центрируются вокруг карандаша или ручки и должны быть нарисованы параллельно поверхности стола.Кончик ручки или карандаша должен указывать в направлении тока.
Вы можете посмотреть на карандаш или ручку сверху, и карандаш или ручка будет точкой в центре кругов. Направление силовых линий магнитного поля в этой ситуации — против часовой стрелки.
Чтобы было легче увидеть, что происходит, мы нарисуем только один набор круговых линий полей, но обратите внимание, что это только для иллюстрации.
Если вы положите лист бумаги за карандаш и посмотрите на него сбоку, то увидите, что круговые линии поля расположены сбоку, и трудно понять, что они круглые.Они проходят через бумагу. Помните, что линии поля имеют направление, поэтому, когда вы смотрите на лист бумаги сбоку, это означает, что круги входят в бумагу с одной стороны карандаша и выходят из бумаги с другой стороны.
Когда мы рисуем направления магнитных полей и токов, мы используем символы \ (\ odot \) и \ (\ otimes \). Символ \ (\ odot \) представляет собой стрелка, выходящая со страницы, и символ \ (\ время \) представляет собой стрелку, ведущую на страницу.
Значения символов легко запомнить, если вы подумаете о стрела с острым концом на голове и хвост с перьями в форме креста.
Датский физик Ганс Кристиан Эрстед однажды в 1820 году читал лекцию о возможности связи электричества и магнетизма друг с другом и в процессе убедительно продемонстрировал это с помощью эксперимента перед всем своим классом. Пропуская электрический ток через металлический провод, подвешенный над магнитным компасом, Эрстед смог вызвать определенное движение стрелки компаса в ответ на ток.То, что начиналось как предположение в начале занятия, в конце подтвердилось как факт. Излишне говорить, что Эрстеду пришлось пересматривать свои конспекты лекций для будущих уроков. Его открытие открыло дорогу совершенно новой отрасли науки — электромагнетизму.
Теперь мы рассмотрим три примера токоведущих проводов. Для каждого примера мы определим магнитное поле и проведем силовые линии магнитного поля вокруг проводника.
Магнитное поле вокруг прямого провода (ESBPT)
Направление магнитного поля вокруг токоведущей проводник показан на рисунке 10.1.
Рисунок 10.1: Магнитное поле вокруг проводника, когда вы смотрите на проводник с одного конца. (а) Ток течет со страницы и магнитное поле против часовой стрелки. (б) Ток течет в страницы, а магнитное поле — по часовой стрелке. Рисунок 10.2: Магнитные поля вокруг проводника, смотрящего на проводник сверху вниз. (а) Ток течет по часовой стрелке. (б) ток течет против часовой стрелки.Направление магнитного поля
Используя направления, приведенные на Рисунке 10.1 и 10.2 попытаемся найти правило, которое легко скажет вам направление магнитного поля.
Подсказка: используйте пальцы. Возьмите проволоку в руки и попытайтесь найти связь между направлением большого пальца и направлением, в котором они сгибаются.
Существует простой метод определения взаимосвязи между направлением тока, протекающего в проводнике, и направлением магнитного поля вокруг того же проводника. Метод называется Правило правой руки .Проще говоря, Правило правой руки гласит, что силовые линии магнитного поля, создаваемые токоведущим проводом, будут ориентированы в том же направлении, что и согнутые пальцы правой руки человека (в положении «автостоп»), при этом большой палец должен указывать внутрь. направление тока.
Ваша правая и левая рука уникальны в том смысле, что вы не можете повернуть одну из них, чтобы она находилась в том же положении, что и другая. Это означает, что важна правая часть правила. Вы всегда получите неправильный ответ, если воспользуетесь не той рукой.
Правило правой руки
Используйте Правило правой руки, чтобы нарисовать направления магнитных полей для следующих проводников с токами, текущими в направлениях, показанных стрелками. Первая задача была выполнена за вас.
1. | 2. | 3. | 4. | |||||
35 35 35 35 35 35 35 35 35 | 7. | 8. | ||||||
9. | 10. |
Магнитное поле вокруг проводника с током
Аппарат
один \ (\ text {9} \) \ (\ text {V} \) аккумулятор с держателем
два соединительных провода с зажимами типа «крокодил»
компас
секундомер
Метод
Подключите провода к батарее, оставив один конец каждого провода неподключенным, чтобы цепь не замкнулась.
Обязательно ограничивайте ток до \ (\ text {10} \) \ (\ text {seconds} \) за раз (вы можете спросить, у провода очень маленькое сопротивление, поэтому батарея разряжается квартира очень быстро). Это сделано для продления срока службы батареи, а также для предотвращения перегрева проводов и контактов батареи.
Поднесите компас к проводу.
Замкните цепь и посмотрите, что происходит с компасом.
Поменяйте полярность батареи и замкните цепь. Понаблюдайте, что происходит с компасом.
Выводы
Используйте свои наблюдения, чтобы ответить на следующие вопросы:
Создает ли ток, протекающий по проводу, магнитное поле?
Присутствует ли магнитное поле, когда ток не течет?
Зависит ли направление магнитного поля, создаваемого током в проводе, от направления тока?
Как направление тока влияет на магнитное поле?
Магнитное поле вокруг токоведущей петли (ESBPV)
До сих пор мы рассматривали только прямые провода, по которым проходит ток, и магнитные поля вокруг них.Мы собираемся изучить магнитное поле, создаваемое кольцевыми витками провода, по которому проходит ток, потому что это поле имеет очень полезные свойства. Например, вы увидите, что мы можем создать однородное магнитное поле.
Магнитное поле вокруг петли проводника
Представьте себе две петли из проволоки, по которым течет ток (в противоположных направлениях) и которые параллельны странице вашей книги. Используя Правило правой руки, нарисуйте то, что, по вашему мнению, будет выглядеть магнитное поле в разных точках вокруг каждой из двух петель.В петле 1 ток течет против часовой стрелки, а в петле 2 ток течет по часовой стрелке.
Если вы сделаете петлю из проводника с током, то направление магнитного поля определяется применением правила правой руки к различным точкам петли.
Обратите внимание, что существует разновидность правила правой руки. Если вы заставите пальцы правой руки следовать направлению тока в петле, ваш большой палец будет указывать в том направлении, где выходят силовые линии.Это похоже на северный полюс (где силовые линии выходят из стержневого магнита) и показывает, какая сторона петли будет притягивать северный полюс стержневого магнита.
Магнитное поле вокруг соленоида (ESBPW)
Если мы теперь добавим еще одну петлю с током в том же направлении, то магнитное поле вокруг каждой петли можно будет сложить вместе, чтобы создать более сильное магнитное поле. Катушка из множества таких петель называется соленоидом . Соленоид — это цилиндрическая катушка с проволокой, действующая как магнит, когда электрический ток течет по проволоке.Картина магнитного поля вокруг соленоида аналогична картине магнитного поля вокруг стержневого магнита, который вы изучали в 10-м классе, у которого были определенные северный и южный полюсы, как показано на рисунке 10.3.
Рисунок 10.3: Магнитное поле вокруг соленоида.Реальные приложения (ESBPX)
Электромагниты
Электромагнит представляет собой кусок провода, предназначенный для создания магнитного поля при прохождении через него электрического тока. Хотя все проводники с током создают магнитные поля, электромагнит обычно сконструирован таким образом, чтобы максимизировать силу магнитного поля, которое он создает для специальной цели.Электромагниты обычно используются в исследованиях, промышленности, медицине и потребительских товарах. Примером обычно используемого электромагнита являются защитные двери, например на двери магазина, которые открываются автоматически.
Как электрически управляемый магнит, электромагниты являются частью широкого спектра «электромеханических» устройств: машин, которые создают механическую силу или движение за счет электроэнергии. Возможно, наиболее очевидным примером такой машины является электродвигатель , который будет подробно описан в классе 12.Другими примерами использования электромагнитов являются электрические звонки, реле, громкоговорители и краны для свалок.
Электромагниты
Цель
Магнитное поле создается, когда электрический ток течет по проводу. Одиночный провод не создает сильного магнитного поля, в отличие от провода, намотанного на железный сердечник. Мы исследуем это поведение.
Аппарат
аккумулятор и держатель
длина провода
компас
несколько гвоздей
Метод
Если вы не проводили предыдущий эксперимент в этой главе, сделайте это сейчас.
Согните провод в несколько катушек перед тем, как прикрепить его к батарее. Посмотрите, что происходит с отклонением стрелки компаса. Прогиб компаса стал сильнее?
Повторите эксперимент, изменив количество и размер витков в проводе. Посмотрите, что происходит с отклонением по компасу.
Намотайте проволоку на железный гвоздь, а затем прикрепите катушку к батарее.Посмотрите, что происходит с отклонением стрелки компаса.
Выводы
Влияет ли количество катушек на силу магнитного поля?
Железный гвоздь увеличивает или уменьшает силу магнитного поля?
Воздушные линии электропередачи и окружающая среда
Физическое воздействие
Линии электропередач — обычное явление для всей нашей страны.Эти линии подводят электроэнергию от электростанций к нашим домам и офисам. Но эти линии электропередач могут иметь негативное воздействие на окружающую среду. Одна из опасностей, которые они представляют, — это летающие на них птицы. Защитник природы Джессика Шоу провела последние несколько лет, изучая эту угрозу. Фактически, линии электропередач представляют собой основную угрозу для синего журавля, национальной птицы Южной Африки, в Кару.
«Нам повезло, что в Южной Африке обитает широкий спектр видов птиц, в том числе много крупных птиц, таких как журавли, аисты и дрофы.К сожалению, существует множество линий электропередач, которые могут воздействовать на птиц двояко. Они могут быть поражены электрическим током, когда садятся на некоторые типы пилонов, а также могут быть убиты, столкнувшись с линией, если они влетят в нее, либо от удара о веревку, либо после удара о землю. Эти столкновения часто происходят с крупными птицами, которые слишком тяжелы, чтобы избежать линии электропередачи, если они видят ее только в последнюю минуту. Другие причины, по которым птицы могут столкнуться, включают плохую погоду, полет стаями и отсутствие опыта у молодых птиц.
В течение последних нескольких лет мы изучали серьезное влияние столкновений линий электропередач на «Голубых журавлей» и «Дроф Людвига». Это два наших эндемичных вида, а это значит, что они встречаются только в южной части Африки. Это большие птицы, которые живут долго и размножаются медленно, поэтому популяции могут не восстановиться после высокой смертности. Мы прошли и проехали под линиями электропередач через Оверберг и Кару, чтобы подсчитать мертвых птиц. Данные показывают, что ежегодно тысячи этих птиц гибнут в результате столкновений, а дрофа Людвига теперь внесена в список исчезающих видов из-за такого высокого уровня неестественной смертности.Мы также ищем способы уменьшить эту проблему и работаем с Eskom над тестированием различных устройств для маркировки линий. Когда на линиях электропередач вешают маркеры, птицы могут видеть линию электропередач с большого расстояния, что дает им достаточно времени, чтобы избежать столкновения ».
Воздействие полей
Тот факт, что вокруг линий электропередачи создается поле, означает, что они потенциально могут иметь воздействие на расстоянии. Это было изучено и продолжает оставаться предметом серьезных дискуссий.На момент написания Руководства Всемирной организации здравоохранения по воздействию на человека электрических и магнитных полей указывается, что нет четкой связи между воздействием магнитных и электрических полей, с которыми население сталкивается от линий электропередач, поскольку это поля чрезвычайно низкой частоты. .
Шум от линии электропередачи может мешать радиосвязи и радиовещанию. По сути, линии электропередач или связанное с ними оборудование неправильно генерируют нежелательные радиосигналы, которые отменяют или конкурируют с полезными радиосигналами.Шум от линии электропередачи может повлиять на качество приема радио и телевидения. Также может произойти нарушение радиосвязи, например, любительского радио. Потеря критически важной связи, такой как полиция, пожарная охрана, военные и другие подобные пользователи радиочастотного спектра, может привести к еще более серьезным последствиям.
Групповое обсуждение:
Когда молния поражает корабль или самолет, она может повредить или иным образом изменить его магнитный компас. Были зарегистрированы случаи, когда при ударе молнии полярность компаса менялась, так что стрелка указывала на юг, а не на север.
Зарегистрируйтесь, чтобы получить стипендию и возможности карьерного роста. Используйте практику Сиявулы, чтобы получить наилучшие возможные оценки.
Зарегистрируйтесь, чтобы разблокировать свое будущееМагнитные поля
Упражнение 10.1Привести доказательства существования магнитного поля возле токоведущего провода.
Если вы поднесете компас к проводу, по которому течет ток, стрелка на компасе отклонится. Поскольку компасы работают, указывая вдоль силовых линий магнитного поля, это означает, что вблизи провода, по которому течет ток, должно быть магнитное поле.Если ток перестанет течь, компас вернется в исходное направление. Если ток снова начнет течь, отклонение произойдет снова.
Опишите, как вы могли бы использовать правую руку, чтобы определять направление магнитного поля вокруг проводника с током.
Мы используем правило правой руки, которое гласит, что силовые линии магнитного поля, создаваемые токоведущим проводом, будут ориентированы в том же направлении, что и согнутые пальцы правой руки человека (в положении «автостоп»), при этом большой палец должен указывать. по направлению тока:
Со страницы
на страницу
Используйте Правило правой руки, чтобы найти направление магнитных полей в каждой из точек, обозначенных A — H на следующих диаграммах.
- A: против часовой стрелки
- B: против часовой стрелки
- C: против часовой стрелки
- D: против часовой стрелки
- E: по часовой стрелке
- F: по часовой стрелке
- G: по часовой стрелке
- H: по часовой стрелке
Электромагнетизм и электричество для электромагнитов
Хотя постоянные магниты создают хорошее, а иногда и очень сильное статическое магнитное поле, в некоторых приложениях сила этого магнитного поля все еще слишком мала или нам нужно иметь возможность контролировать величину присутствующего магнитного потока.Итак, чтобы создать более сильное и управляемое магнитное поле, нам нужно использовать электричество.
Используя катушки с проволокой, намотанной или намотанной вокруг магнитомягкого материала, такого как железный сердечник, мы можем производить очень сильные электромагниты для использования во многих различных типах электрических приложений. Такое использование катушек с проволокой создает взаимосвязь между электричеством и магнетизмом, которая дает нам другую форму магнетизма, называемую Электромагнетизм .
Электромагнетизм возникает, когда электрический ток протекает через простой проводник, такой как отрезок провода или кабеля, и когда ток проходит по всему проводнику, магнитное поле создается вдоль всего проводника.Небольшое магнитное поле, создаваемое вокруг проводника, имеет определенное направление, причем как «северный», так и «южный» полюса определяются направлением электрического тока, протекающего через проводник.
Следовательно, необходимо установить взаимосвязь между током, протекающим через проводник, и результирующим магнитным полем, создаваемым вокруг него этим потоком тока, что позволяет нам определить взаимосвязь, существующую между Electricity и Magnetism в форме Электромагнетизм .
Мы установили, что когда электрический ток течет через проводник, вокруг него создается круговое электромагнитное поле, при этом магнитные линии потока формируют полные петли, которые не пересекаются по всей длине проводника.
Направление вращения этого магнитного поля определяется направлением тока, протекающего через проводник, при этом соответствующее создаваемое магнитное поле сильнее вблизи центра проводника с током.Это связано с тем, что длина пути петель увеличивается по мере удаления от проводника, что приводит к более слабым магнитным линиям, как показано ниже.
Магнитное поле вокруг проводника
Простой способ определить направление магнитного поля вокруг проводника — это ввинтить обычный шуруп для дерева в лист бумаги. Когда винт входит в бумагу, вращение происходит ПО ЧАСОВОЙ СТРЕЛКЕ, и единственная часть винта, которая видна над бумагой, — это головка винта.
Если шуруп для дерева имеет конструкцию головки типа pozidriv или philips, крест на головке будет виден, и именно этот крест используется для обозначения тока, протекающего «в» бумагу и от наблюдателя.
Аналогичным образом, винт откручивается в обратном порядке, против часовой стрелки. Поскольку ток входит сверху, он выходит из нижней части бумаги, и единственная часть шурупа, которая видна снизу, — это кончик или острие шурупа, и именно эта точка используется для обозначения протекающего тока «наружу». бумаги и к наблюдателю.
Затем физическое действие вкручивания шурупа в бумагу и извлечение из нее указывает направление тока в проводнике и, следовательно, направление вращения электромагнитного поля вокруг него, как показано ниже. Эта концепция широко известна как действие винта правой руки.
Винт с правой рукой
Магнитное поле подразумевает наличие двух полюсов, северного и южного. Полярность проводника с током может быть установлена, нарисовав заглавные буквы S и N, а затем добавив наконечники стрелок к свободному концу букв, как показано выше, что дает визуальное представление о направлении магнитного поля.
Еще одна более известная концепция, которая определяет как направление тока, так и результирующее направление магнитного потока вокруг проводника, называется «Правило левой руки».
Правило левой руки
Электромагнетизма
Распознаваемое направление магнитного поля — от северного полюса к южному полюсу. Это направление можно определить, удерживая токопроводящий проводник в левой руке с вытянутым большим пальцем, направленным в направлении электронного потока от отрицательного к положительному.
Положение пальцев, лежащих поперек и вокруг проводника, теперь будет указывать в направлении генерируемых магнитных силовых линий, как показано.
Если направление движения электрона через проводник меняется на противоположное, левую руку нужно будет положить на другую сторону проводника, указав большим пальцем в новом направлении потока электронного тока.
Кроме того, когда ток меняется на противоположное, направление магнитного поля, создаваемого вокруг проводника, также меняется на противоположное, потому что, как мы уже говорили ранее, направление магнитного поля зависит от направления потока тока.
Это «Правило левой руки» также можно использовать для определения магнитного направления полюсов в электромагнитной катушке. На этот раз пальцы указывают направление потока электронов от отрицательного к положительному, а вытянутый большой палец указывает направление северного полюса. Существует разновидность этого правила, называемого «правилом правой руки», которое основано на так называемом обычном протекании тока (от положительного к отрицательному).
Представьте, что один прямой кусок проволоки сгибается в виде единой петли, как показано ниже.Хотя электрический ток течет в одном направлении по всей длине проводника, он будет течь через бумагу в противоположных направлениях. Это связано с тем, что ток покидает бумагу с одной стороны и входит в бумагу с другой, поэтому поле по часовой стрелке и поле против часовой стрелки создаются рядом друг с другом на листе бумаги.
Образовавшееся пространство между этими двумя проводниками становится «усиленным» магнитным полем с силовыми линиями, расширяющимися таким образом, что они принимают форму стержневого магнита, образующего отличительные северный и южный полюсы в точке пересечения.
Электромагнетизм вокруг контура
Силовые линии вокруг петли
Ток, протекающий через два параллельных проводника петли, имеет противоположные направления, поскольку ток через петлю выходит с левой стороны и возвращается с правой стороны. Это приводит к тому, что магнитное поле вокруг каждого проводника внутри петли находится в «ОДНОМ НАПРАВЛЕНИИ» друг к другу.
Результирующие силовые линии, генерируемые током, протекающим через петлю, противостоят друг другу в пространстве между двумя проводниками, где встречаются два одинаковых полюса, тем самым деформируя силовые линии вокруг каждого проводника, как показано.
Однако искажение магнитного потока между двумя проводниками приводит к увеличению напряженности магнитного поля в среднем переходе, где силовые линии становятся ближе друг к другу. В результате взаимодействия между двумя подобными полями возникает механическая сила между двумя проводниками, когда они пытаются оттолкнуться друг от друга. В электрической машине это отталкивание этих двух магнитных полей вызывает движение.
Однако, поскольку проводники не могут двигаться, два магнитных поля помогают друг другу, создавая северный и южный полюсы вдоль этой линии взаимодействия.Это приводит к тому, что самое сильное магнитное поле находится посередине между двумя проводниками. Напряженность магнитного поля вокруг проводника пропорциональна расстоянию от проводника и величине тока, протекающего по нему.
Магнитное поле, создаваемое вокруг прямого отрезка токоведущего провода, очень слабое даже при прохождении через него большого тока. Однако, если несколько витков провода намотаны вместе вдоль одной оси, образуя катушку с проводом, результирующее магнитное поле станет еще более концентрированным и более сильным, чем у одного витка.Это производит электромагнитную катушку, более часто называемую соленоидом.
Тогда каждая длина провода имеет эффект электромагнетизма вокруг себя, когда через него протекает электрический ток. Направление магнитного поля зависит от направления потока тока. Мы можем увеличить силу генерируемого магнитного поля, сформировав из проволоки катушку, и мы рассмотрим этот эффект более подробно в следующем уроке.
Направление наведенного тока в соленоиде
Направление индуцированного тока в соленоиде
Подход к рассмотрению направления тока в соленоиде аналогичен подходу, описанному выше.Единственная разница в том, что в соленоиде есть несколько витков проволоки, поэтому величина наведенной ЭДС будет другой. Поток будет рассчитан с использованием площади поверхности соленоида, умноженной на количество петель.
Помните: направления токов и связанных с ними магнитных полей можно найти, используя только Правило правой руки. Когда пальцы правой руки направлены в направлении магнитного поля, большой палец указывает в направлении тока.Когда большой палец направлен в направлении магнитного поля, пальцы указывают в направлении тока.
Направление тока будет таким, чтобы препятствовать изменению. Для проведения теста мы будем использовать схему, показанную на этом эскизе:
В случае, когда северный полюс подводится к соленоиду, ток будет течь так, что северный полюс будет установлен на конце соленоида, ближайшем к соленоиду. приближающийся магнит, чтобы отразить его (проверьте, используя Правило правой руки):
В случае, когда северный полюс движется от соленоида, ток будет течь так, что южный полюс будет установлен на конце соленоида, ближайшем к удаляющий магнит для его притяжения:
В случае, когда южный полюс движется от соленоида, ток будет течь так, что северный полюс устанавливается на конце соленоида, ближайшем к удаляющемуся магниту, чтобы притягивать его:
В случае, когда южный полюс направлен к соленоиду, ток будет течь так, что южный полюс будет установлен на конце соленоида, ближайшем к приближающемуся магниту, чтобы оттолкнуть его:
9 0105 Совет:Простой способ создать магнитное поле изменяющейся интенсивности — это переместить постоянный магнит рядом с проволокой или катушкой с проволокой.Магнитное поле должно увеличиваться или уменьшаться по напряженности перпендикулярно к проводу (так, чтобы силовые линии магнитного поля «пересекали» проводник), иначе не будет индуцироваться напряжение.
Наконечник:
Индуцированный ток создает магнитное поле. Индуцированное магнитное поле имеет направление, которое стремится нейтрализовать изменение магнитного поля в петле из проволоки. Итак, вы можете использовать Правило правой руки, чтобы найти направление индуцированного тока, помня, что индуцированное магнитное поле противоположно направлению изменения магнитного поля.
Индукция
Электромагнитная индукция находит практическое применение в конструкции электрических генераторов, которые используют механическую энергию для перемещения магнитного поля мимо катушек с проволокой для генерации напряжения. Однако это далеко не единственное практическое применение этого принципа.
Если мы вспомним, магнитное поле, создаваемое токоведущим проводом, всегда перпендикулярно проводу, и что сила потока этого магнитного поля зависит от величины тока, проходящего через него.Таким образом, мы можем видеть, что провод может создавать напряжение на своей собственной длине , если ток изменяется. Этот эффект называется самоиндукцией . Самоиндукция — это когда изменяющееся магнитное поле создается изменением тока через провод, вызывая напряжение по длине того же провода.
Если магнитный поток усиливается путем сгибания проволоки в форме катушки и / или наматывания этой катушки на материал с высокой проницаемостью, этот эффект самоиндуцированного напряжения будет более интенсивным.Устройство, созданное для использования этого эффекта, называется индуктором .
Помните, что индуцированный ток создает магнитное поле, которое противодействует изменению магнитного потока. Это известно как закон Ленца.
Пример: Закон Фарадея
Вопрос
Рассмотрим плоскую квадратную катушку с 5 витками. Катушка находится \ (\ text {0.50} \) \ (\ text {m} \) с каждой стороны и имеет магнитное поле \ (\ text {0.5} \) \ (\ text {T} \), проходящее через Это. Плоскость катушки перпендикулярна магнитному полю: поле направлено за пределы страницы.Используйте закон Фарадея для вычисления наведенной ЭДС, если магнитное поле увеличивается равномерно от \ (\ text {0.5} \) \ (\ text {T} \) до \ (\ text {1} \) \ (\ text { T} \) в \ (\ text {10} \) \ (\ text {s} \). Определите направление индуцированного тока.
Шаг 1: Определите, что требуется
Мы должны использовать закон Фарадея для расчета наведенной ЭДС.
Шаг 2: Запишите закон Фарадея
\ [\ mathcal {E} = — N \ frac {\ Delta \ phi} {\ Delta t} \] Мы знаем, что магнитное поле находится под прямым углом к поверхности и поэтому выровнен с нормальным.Это означает, что нам не нужно беспокоиться об угле, который поле образует с нормалью и \ (\ phi = BA \). Начальное или начальное магнитное поле, \ (B_i \), задается как конечная величина поля, \ (B_f \). Мы хотим определить величину ЭДС, чтобы можно было игнорировать знак минус.
Площадь \ (A \) — это площадь квадратной катушки.
Шаг 3. Решите проблему
\ begin {align *} \ mathcal {E} & = N \ frac {\ Delta \ phi} {\ Delta t} \\ & = N \ frac {\ phi_f- \ phi_i} {\ Delta t} \\ & = N \ frac {B_fA — B_iA} {\ Delta t} \\ & = N \ frac {A (B_f — B_i)} {\ Delta t} \\ & = (5) \ гидроразрыв {(\ текст {0.2 (\ text {1} — \ text {0.50})} {\ text {10}} \\ & = \ text {0.0625} \ text {V} \ end {align *}
Наведенный ток не по часовой стрелке, если смотреть со стороны нарастающего магнитного поля.
Пример: Закон Фарадея
Вопрос
Рассмотрим соленоид из 9 витков с неизвестным радиусом, \ (r \). На соленоид действует магнитное поле \ (\ text {0.12} \) \ (\ text {T} \). Ось соленоида параллельна магнитному полю. Когда поле равномерно переключается на \ (\ text {12} \) \ (\ text {T} \) в течение 2 минут, ЭДС величиной \ (- \ text {0.3} \) \ (\ text {V} \) индуцируется. Определите радиус соленоида.
Шаг 1: Определите, что требуется
Нам необходимо определить радиус соленоида. Мы знаем, что связь между наведенной ЭДС и полем регулируется законом Фарадея, который включает геометрию соленоида. Мы можем использовать это соотношение, чтобы найти радиус.
Шаг 2: Запишите закон Фарадея
\ [\ mathcal {E} = — N \ frac {\ Delta \ phi} {\ Delta t} \] Мы знаем, что магнитное поле находится под прямым углом к поверхности и поэтому выровнен с нормальным.{- \ text {2}} \) \ (\ text {m} \). Соленоид подвергается воздействию переменного магнитного поля, которое равномерно изменяется от \ (\ text {0.4} \) \ (\ text {T} \) до \ (\ text {3.4} \) \ (\ text {T} \) в интервале \ (\ text {27} \) \ (\ text {s} \). Ось соленоида составляет угол \ (\ text {35} \) \ (\ text {°} \) к магнитному полю. Найдите наведенную ЭДС.
Шаг 1: Определите, что требуется
Мы должны использовать закон Фарадея для расчета наведенной ЭДС.
Шаг 2: Запишите закон Фарадея
\ [\ mathcal {E} = — N \ frac {\ Delta \ phi} {\ Delta t} \] Мы знаем, что магнитное поле расположено под углом к нормали к поверхности.