Reguła lewej ręki dla cewki prądowej. reguła lewej ręki

Pierwszy krok skupi się na regule prawej ręki. Dzięki niemu możesz określić kierunek linii magnetycznych przewodnika z prądem. Aby to zrobić, musimy znać kierunek prądu w przewodniku. Wystarczy spojrzeć na bieguny baterii lub akumulatora. Ponieważ prąd jest kierowany od „+” do „-”, będzie płynął od strony przewodnika podłączonego do + do strony -. Teraz, gdy nauczyliśmy się kierunku prądu, musimy „wziąć”) prawą rękę i zgiąć wszystkie palce w dłoni, z wyjątkiem kciuka! Jak na zdjęciu. Teraz musimy „złapać” dyrygenta, ale w taki sposób kciuk wskazywał kierunek prądu, tj. był skierowany tam, gdzie płynął prąd). Przy takim ustawieniu dłoni palce zgięte wokół przewodnika wskażą kierunek linii jego pola magnetycznego)

2 krok

Jasne?)

Przejdźmy teraz do określenia biegunów cewki z prądem. Musimy ponownie określić kierunek prądu w podobny sposób. Następnie robimy prawie to samo, tylko pozostawiamy palce bardziej proste, ale zgięte. Zbliżamy się do naszej cewki i kierujemy palcami (wszystko oprócz wystającego dużego) w kierunku prądu w niej, to znaczy nasze palce stały się jakby nie całymi zwojami cewki). W tym przypadku kciuk wskazuje kierunek do bieguna północnego cewki.
PS Mała dygresja) palec pokazuje również kierunek linii magnetycznych PRZECHODZĄCYCH PRZEZ cewkę i odwrotnie - wskazuje kierunek PRZECIWNY do linii przechodzących na zewnątrz cewki i „wchodzących w jej biegun południowy.

3 kroki

Zacznijmy rozumieć zasadę LEWEJ ręki. Pozwala określić kierunek siły Ampera działającej na przewodnik z prądem w polu magnetycznym magnesu trwałego! VO!=). Do eksperymentu potrzebujemy tylko prostej lewej ręki, ale z prawym palcem zgiętym pod kątem 90 stopni. W polu magnetycznym dłoń musi być ustawiona tak, aby biegun północny „zaglądał” w wewnętrzną część dłoni, tj. tak, aby linie pola magnetycznego były skierowane na dłoń. W tych warunkach potrzebujemy prostych palców, aby wskazać kierunek prądu w PRZEWODZIE. Jeśli wszystko zostanie wzięte pod uwagę i wykonane poprawnie, palec zgięty o 90 stopni wskaże kierunek siły Ampera.

Za pomocą reguły świdra określa się kierunki linii magnetycznych (nazywanych również liniami indukcji magnetycznej) wokół przewodnika z prądem.

Zasada Gimleta: Definicja

Sama reguła brzmi tak: gdy kierunek ruchu świdra do przodu pokrywa się z kierunkiem prądu w badanym przewodniku, to kierunek obrotu rączki tego świdra jest taki sam, jak kierunek pola magnetycznego obecny.

Nazywa się to również regułą prawej ręki iw tym kontekście definicja jest znacznie jaśniejsza. Jeśli prawą ręką chwycisz drut tak, aby cztery palce były zaciśnięte w pięść, a kciuk skierowany do góry (czyli tak, jak zwykle ręką pokazujemy „klasę!”), to kciuk wskaże, w którą stronę prąd się porusza, a pozostałe cztery palce – kierunek linii pola magnetycznego

Świder to śruba z gwintem prawoskrętnym. Są standardem w technologii, ponieważ stanowią zdecydowaną większość. Nawiasem mówiąc, tę samą regułę można sformułować na przykładzie ruchu wskazówki godzinowej, ponieważ śruba prawoskrętna jest skręcona w tym kierunku.

Zastosowanie reguły świderka

W fizyce reguła świderka służy nie tylko do określania kierunku pola magnetycznego prądu. Na przykład dotyczy to również obliczania kierunku wektorów osiowych, wektora prędkości kątowej, wektora indukcji magnetycznej B, kierunku prądu indukcyjnego ze znanym wektorem indukcji magnetycznej i wielu innych opcji. Ale dla każdego takiego przypadku reguła ma swoje własne sformułowanie.

Na przykład, aby obliczyć wektor iloczynu, mówi: jeśli narysujesz wektory tak, aby pokrywały się na początku, i przesuniesz wektor pierwszego czynnika do wektora drugiego czynnika, to świder poruszający się w ten sam sposób wkręci się kierunek wektora produktu.

Lub tak będzie brzmiała reguła świdra dotycząca mechanicznej rotacji prędkości: jeśli obrócisz śrubę w tym samym kierunku, w którym obraca się ciało, wkręci się ona w kierunku prędkości kątowej.

Tak wygląda reguła świdra dla momentu działania sił: gdy śruba obraca się w tym samym kierunku, w którym siły obracają ciało, świder będzie się kręcił zgodnie z kierunkiem działania tych sił.

REGUŁA GIM dla prostego przewodnika z prądem

Służy do wyznaczania kierunku linii magnetycznych (linii indukcji magnetycznej)
wokół prostego przewodnika z prądem.

Jeżeli kierunek ruchu postępowego świdra pokrywa się z kierunkiem prądu w przewodniku, to kierunek obrotu rękojeści świdra pokrywa się z kierunkiem linii pola magnetycznego prądu.

Załóżmy, że przewodnik z prądem znajduje się prostopadle do płaszczyzny arkusza:
1. kierunek e-mail prąd od nas (do płaszczyzny blachy)

Zgodnie z regułą świdra linie pola magnetycznego będą skierowane zgodnie z ruchem wskazówek zegara.

Wtedy zgodnie z regułą świdra linie pola magnetycznego będą skierowane przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.

REGUŁA PRAWEJ RĘKI dla solenoidu, tj. cewki z prądem

Służy do określenia kierunku linii magnetycznych (linii indukcji magnetycznej) wewnątrz solenoidu.

Jeśli chwycisz solenoid dłonią prawej ręki tak, aby cztery palce były skierowane wzdłuż prądu w zwojach, to odłożony kciuk wskaże kierunek linii pola magnetycznego wewnątrz solenoidu.

1. W jaki sposób 2 cewki oddziałują na siebie z prądem?

2. W jaki sposób skierowane są prądy w przewodach, jeśli siły oddziaływania są skierowane jak na rysunku?

3. Dwa przewodniki są do siebie równoległe. Wskaż kierunek prądu w przewodniku LED.

Czekamy na kolejną lekcję na temat „5”!

CIEKAWE

Wiadomo, że nadprzewodniki (substancje, które w pewnych temperaturach mają prawie zerowy opór elektryczny) mogą wytwarzać bardzo silne pola magnetyczne. Przeprowadzono eksperymenty w celu wykazania takich pól magnetycznych. Po schłodzeniu ceramicznego nadprzewodnika ciekłym azotem, na jego powierzchni umieszczono mały magnes. Siła odpychania pola magnetycznego nadprzewodnika była tak duża, że ​​magnes unosił się, unosił w powietrzu i unosił się nad nadprzewodnikiem, aż nadprzewodnik po podgrzaniu utracił swoje niezwykłe właściwości.

Wiele zrobiono od czasu wynalezienia elektryczności. Praca naukowa w fizyce, aby zbadać jego cechy, cechy i wpływ na środowisko. Reguła świderka odcisnęła swoje znaczące piętno na badaniu pola magnetycznego, prawo prawej ręki dla cylindrycznego uzwojenia drutu pozwala na głębsze zrozumienie procesów zachodzących w elektromagnesie, a reguła lewej ręki charakteryzuje siły które oddziałują na przewodnik z prądem. Dzięki prawej i lewej ręce, a także technikom mnemotechnicznym, wzorce te można łatwo studiować i rozumieć.

zasada świderka

Przez dość długi czas właściwości magnetyczne i elektryczne pola były badane osobno przez fizykę. Jednak w 1820 roku, zupełnie przypadkowo, duński naukowiec Hans Christian Oersted odkrył właściwości magnetyczne drutu z elektrycznością podczas wykładu z fizyki na uniwersytecie. Stwierdzono również zależność orientacji igły magnetycznej od kierunku przepływu prądu w przewodniku.

Przeprowadzony eksperyment dowodzi obecności pola o charakterystyce magnetycznej wokół przewodu z prądem, na które reaguje namagnesowana igła lub kompas. Orientacja przepływu „przemiany” powoduje, że igła kompasu obraca się w przeciwnych kierunkach, sama strzałka znajduje się stycznie do pola elektromagnetycznego.

Do określenia orientacji przepływów elektromagnetycznych stosuje się regułę świdra, czyli prawo śruby prawej, która mówi, że wkręcając śrubę wzdłuż przebiegu przepływu prądu w boczniku, sposób obracania rączki ustawi orientacja przepływów EM tła „zmiany”.

Możliwe jest również zastosowanie reguły prawej ręki Maxwella: gdy cofnięty palec prawej ręki jest zorientowany wzdłuż przebiegu przepływu prądu, to pozostałe zaciśnięte palce wskażą orientację pola elektromagnetycznego.

Korzystając z tych dwóch zasad, uzyskamy ten sam efekt, który wykorzystamy do wyznaczenia strumieni elektromagnetycznych.

Prawo prawej ręki dla solenoidu

Rozważana zasada śruby lub regularność Maxwella dla prawej ręki ma zastosowanie do prostego drutu z prądem. Jednak w elektrotechnice istnieją urządzenia, w których przewodnik nie jest ułożony prosto, a prawo śruby nie ma do niego zastosowania. Przede wszystkim dotyczy to cewek indukcyjnych i solenoidów. Solenoid, jako rodzaj cewki indukcyjnej, jest cylindrycznym uzwojeniem drutu, którego długość jest wielokrotnie większa niż średnica solenoidu. Cewka indukcyjna różni się od solenoidu jedynie długością samego przewodu, który może być kilkakrotnie mniejszy.

francuski matematyk i Fizyka A-M. Ampère dzięki swoim eksperymentom odkrył i udowodnił, że gdy prąd elektryczny przepływa przez dławik indukcyjny, wskazówki kompasu na końcach cylindrycznego uzwojenia drutu obracają swoje przeciwległe końce wzdłuż niewidzialnych przepływów pola EM. Takie eksperymenty dowiodły, że w pobliżu induktora z prądem powstaje pole magnetyczne, a cylindryczne uzwojenie drutu tworzy bieguny magnetyczne. Pole elektromagnetyczne wzbudzane przez prąd elektryczny cylindrycznego uzwojenia drutu jest podobne do pola magnetycznego magnesu trwałego - koniec cylindrycznego uzwojenia drutu, z którego wyłaniają się strumienie EM, reprezentuje biegun północny, a przeciwległy koniec to południe.

Aby rozpoznać bieguny magnetyczne i orientację linii EM w cewce indukcyjnej z prądem, stosuje się regułę prawej ręki dla solenoidu. Mówi się, że jeśli weźmiesz tę cewkę ręką, położysz palce dłoni bezpośrednio w trakcie przepływu elektronów w zwojach, kciuk, przesunięty o dziewięćdziesiąt stopni, ustawi orientację tła elektromagnetycznego w środku solenoid - jego biegun północny. Odpowiednio, znając położenie biegunów magnetycznych cylindrycznego uzwojenia drutu, można określić ścieżkę przepływu elektronów w zwojach.

prawo lewej ręki

Hans Christian Oersted po odkryciu zjawiska pola magnetycznego w pobliżu bocznika szybko podzielił się swoimi wynikami z większością naukowców w Europie. W rezultacie Ampere A.-M. własnymi metodami po krótkim czasie ujawnił opinii publicznej eksperyment dotyczący specyficznego zachowania się dwóch równoległych boczników z prądem elektrycznym. Sformułowanie eksperymentu wykazało, że ułożone równolegle przewody, przez które prąd płynie w jednym kierunku, poruszają się względem siebie. W związku z tym takie boczniki będą się odpychać, pod warunkiem, że płynąca w nich „zmiana” będzie rozłożona w różnych kierunkach. Eksperymenty te stanowiły podstawę praw Ampère'a.

Testy pozwalają nam sformułować główne wnioski:

1. Magnes trwały, „odwracalny” przewodnik, naładowana elektrycznie poruszająca się cząstka mają wokół siebie obszar EM;
2. Naładowana cząstka poruszająca się w tym obszarze podlega pewnemu wpływowi tła EM;
3. Elektryczne „odwrócenie” to odpowiednio zorientowany ruch naładowanych cząstek, tło elektromagnetyczne działa na bocznik za pomocą elektryczności.

Tło EM wpływa na bocznik „zmianą” pewnego rodzaju ciśnienia zwanego siłą Ampère'a. Tę cechę można określić za pomocą wzoru:

FA=IBΔlsinα, gdzie:

• FA to siła Ampera;
• I to intensywność elektryczności;
• B jest wektorem modulo indukcji magnetycznej;
• Δl to rozmiar bocznika;
• α jest kątem między kierunkiem B a przebiegiem prądu elektrycznego w przewodzie.

Pod warunkiem, że kąt α wynosi dziewięćdziesiąt stopni, wtedy ta siła jest największa. Odpowiednio, jeśli ten kąt wynosi zero, wówczas siła wynosi zero. Kontur tej siły ujawnia wzór lewej ręki.

Jeśli przestudiujesz regułę świdra i regułę lewej ręki, uzyskasz wszystkie odpowiedzi na temat powstawania pól EM i ich wpływu na przewodniki. Dzięki tym zasadom możliwe jest obliczenie indukcyjności cewek iw razie potrzeby utworzenie przeciwprądów. Zasada budowy silników elektrycznych opiera się ogólnie na siłach Ampère'a, aw szczególności na zasadzie lewej ręki.

Wideo

Przez długi czas pola elektryczne i magnetyczne były badane oddzielnie. Ale w 1820 roku duński naukowiec Hans Christian Oersted podczas wykładu z fizyki odkrył, że igła magnetyczna obraca się w pobliżu przewodnika z prądem (patrz ryc. 1). Dowiodło to magnetycznego efektu prądu. Po przeprowadzeniu kilku eksperymentów Oersted stwierdził, że obrót igły magnetycznej zależy od kierunku prądu w przewodniku.

Ryż. 1. Doświadczenie Oersteda

Aby wyobrazić sobie zasadę, według której igła magnetyczna obraca się w pobliżu przewodnika z prądem, rozważ widok z końca przewodnika (patrz ryc. 2, prąd jest skierowany na rysunek, - z rysunku), w pobliżu którego igły magnetyczne są zainstalowane. Po przejściu prądu strzałki ustawią się w określony sposób, przeciwległymi do siebie biegunami. Ponieważ strzałki magnetyczne układają się stycznie do linii magnetycznych, linie magnetyczne przewodnika z prądem są okręgami, a ich kierunek zależy od kierunku prądu w przewodniku.

Ryż. 2. Położenie strzałek magnetycznych w pobliżu przewodnika z prądem

Aby uzyskać bardziej wizualną demonstrację linii magnetycznych przewodnika z prądem, można przeprowadzić następujący eksperyment. Jeśli opiłki żelaza zostaną wylane wokół przewodnika z prądem, to po chwili opiłki, które wpadną w pole magnetyczne przewodnika, zostaną namagnesowane i umieszczone w kręgach pokrywających przewodnik (patrz ryc. 3).

Ryż. 3. Lokalizacja opiłków żelaza wokół przewodnika z prądem ()

Aby określić kierunek linii magnetycznych w pobliżu przewodnika z prądem, istnieje reguła świderka(reguła prawej śruby) - jeśli świder wkręcisz zgodnie z kierunkiem prądu w przewodniku, to kierunek obrotu rękojeści świdra będzie wskazywał kierunek linii pola magnetycznego prądu (patrz ryc. 4) .

Ryż. 4. Reguła świderka ()

Możesz także użyć reguła prawej ręki- jeśli wskażesz kciukiem prawej ręki w kierunku prądu w przewodniku, cztery zgięte palce wskażą kierunek linii pola magnetycznego prądu (patrz ryc. 5).

Ryż. 5. Reguła prawej ręki ()

Obie te reguły dają ten sam wynik i mogą być wykorzystane do określenia kierunku prądu wzdłuż kierunku linii pola magnetycznego.

Po odkryciu zjawiska pojawiania się pola magnetycznego w pobliżu przewodnika z prądem, Oersted wysłał wyniki swoich badań do większości czołowych naukowców w Europie. Po otrzymaniu tych danych francuski matematyk i fizyk Ampère rozpoczął serię eksperymentów i po chwili zademonstrował opinii publicznej doświadczenie interakcji dwóch równoległych przewodników z prądem. Amper stwierdził, że jeśli dwa równoległe przewodniki płyną w jednym kierunku, to takie przewodniki się przyciągają (patrz ryc. 6 b), jeśli prąd płynie w przeciwnych kierunkach, przewodniki się odpychają (patrz ryc. 6 a).

Ryż. 6. Amperowe doświadczenie ()

Ampère wyciągnął następujące wnioski ze swoich eksperymentów:

1. Wokół magnesu, przewodnika lub poruszającej się cząstki naładowanej elektrycznie występuje pole magnetyczne.

2. Pole magnetyczne działa z pewną siłą na naładowaną cząstkę poruszającą się w tym polu.

3. Prąd elektryczny to ukierunkowany ruch naładowanych cząstek, więc pole magnetyczne działa na przewodnik z prądem.

Rycina 7 przedstawia prostokąt z drutu, w którym kierunek prądu jest pokazany strzałkami. Korzystając z reguły świderka, narysuj jedną linię magnetyczną w pobliżu boków prostokąta, wskazując jej kierunek strzałką.

Ryż. 7. Ilustracja problemu

Rozwiązanie

Wzdłuż boków prostokąta (ramy przewodzącej) wkręcamy wyimaginowany świder w kierunku prądu.

W pobliżu prawej strony ramy linie magnetyczne opuszczą wzór po lewej stronie przewodnika i wejdą w płaszczyznę wzoru po prawej stronie. Wskazuje na to reguła strzałki jako kropka po lewej stronie przewodnika i krzyżyk po prawej stronie (patrz ryc. 8).

Podobnie określamy kierunek linii magnetycznych w pobliżu innych boków ramy.

Ryż. 8. Ilustracja problemu

Eksperyment Ampere'a, w którym wokół cewki zainstalowano igły magnetyczne, wykazał, że gdy prąd przepływa przez cewkę, strzałki na końcach solenoidu były instalowane z różnymi biegunami wzdłuż wyimaginowanych linii (patrz ryc. 9). Zjawisko to pokazało, że w pobliżu cewki z prądem występuje pole magnetyczne, a także, że solenoid ma bieguny magnetyczne. Jeśli zmienisz kierunek prądu w cewce, igły magnetyczne obrócą się.

Ryż. 9. Doświadczenie Ampere'a. Powstawanie pola magnetycznego w pobliżu cewki z prądem

Aby określić bieguny magnetyczne cewki z prądem, reguła prawej dłoni dla elektromagnesu(patrz rys. 10) - jeśli chwycisz elektromagnes dłonią prawej ręki, wskazując czterema palcami kierunek prądu w zwojach, to kciuk wskaże kierunek linii pola magnetycznego wewnątrz elektromagnesu, czyli jest do jego bieguna północnego. Ta reguła pozwala określić kierunek prądu w zwojach cewki na podstawie położenia jej biegunów magnetycznych.

Ryż. 10. Reguła prawej ręki dla elektromagnesu z prądem

Określ kierunek prądu w cewce i bieguny w źródle prądu, jeśli bieguny magnetyczne pokazane na rysunku 11 występują podczas przepływu prądu w cewce.

Ryż. 11. Ilustracja problemu

Rozwiązanie

Zgodnie z regułą prawej ręki dla elektromagnesu, owiń cewkę tak, aby kciuk wskazywał jej biegun północny. Cztery zgięte palce wskażą kierunek prądu w dół przewodnika, dlatego prawy biegun źródła prądu jest dodatni (patrz ryc. 12).

Ryż. 12. Ilustracja problemu

Na tej lekcji zbadaliśmy zjawisko występowania pola magnetycznego w pobliżu przewodnika z prądem stałym i cewki z prądem (solenoidu). Zbadano również zasady znajdowania linii magnetycznych tych pól.

Bibliografia

1. AV Peryszkin, E.M. Gutnik. Fizyka 9. - Drop, 2006.
2. GN Stiepanowa. Zbiór problemów z fizyki. - M.: Oświecenie, 2001.
3. A. Fadeeva. Testy z fizyki (klasy 7 - 11). - M., 2002.
4. V. Grigoriev, G. Myakishev Siły w przyrodzie. - M.: Nauka, 1997.

Praca domowa

1. Portal internetowy Clck.ru ().
2. Portal internetowy Class-fizika.narod.ru ().
3. Portal internetowy Festival.1september.ru ().