Как найти направление магнитных линий прямого тока

Рисунок (2). Правило буравчика

Рисунок (3). Направление тока и направление линий его магнитного поля

Для определения направления линий магнитного поля соленоида применяют правило правой руки.

Соленоид подобен магниту, когда по нему протекает электрический ток. Также как и магнит, соленоид имеет полюсы: северный и южный.  Северным полюсом является тот конец соленоида, из которого выходят магнитные линии. В данном случае северным полюсом является левый конец. Значит, правый конец будет южным полюсом.

Определение направления линий магнитного поля. Правило буравчика. Правило правой руки

Подробности

Обновлено 15.08.2018 20:44

Просмотров: 826

ПРАВИЛО БУРАВЧИКА для прямого проводника с током

– служит для определения направления магнитных линий ( линий магнитной индукции)
вокруг прямого проводника с током.

Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока.

Допустим, проводник с током расположен перпендикулярно плоскости листа:
1. направление эл. тока от нас ( в плоскость листа)

Согласно правилу буравчика, линии магнитного поля будут направлены по часовой стрелке.

или
2. направление эл. тока на нас ( из плоскости листа),

Тогда, согласно правилу буравчика, линии магнитного поля будут направлены против часовой стрелки.

ПРАВИЛО ПРАВОЙ РУКИ для соленоида, т.е. катушки с током

– служит для определения направления магнитных линий (линий магнитной индукции) внутри соленоида.

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.

ПОДУМАЙ

1.Как взаимодействуют между собой 2 катушки с током?

2. Как направлены токи в проводах, если силы взаимодействия направлены так, как на рисунке?

3. Два проводника расположены параллельно друг другу. Укажите раправление тока в проводнике СД.

Жду решений на следующем уроке на “5”!

ИНТЕРЕСНО

Известно, что сверхпроводники ( вещества, обладающие при определенных температурах практически нулевым электрическим сопротивлением) могут создавать очень сильные магнитные поля. Были проделаны опыты по демонстрации подобных магнитных полей. После охлаждения керамического сверхпроводника жидким азотом на его поверхность помещали небольшой магнит. Отталкивающая сила магнитного поля сверхпроводника была столь высокой, что магнит поднимался, зависал в воздухе и парил над сверхпроводником до тех пор, пока сверхпроводник, нагреваясь, не терял свои необыкновенные свойства.

Электромагнитное поле – Класс!ная физика

Магнитное поле —
Определение направления линий магнитного поля —
Обнаружение магнитного поля по его действию на проводник с током —
Магнитная индукция. Магнитный поток —
Явление электромагнитной индукции —
Электромагнитное поле. Электромагнитные волны

Магнитное поле возникает, если у нас есть движущиеся электрические заряды. Но мы не можем увидеть или почувствовать его с помощью наших органов чувств.

Физика может дать нам такую удивительную возможность — увидеть магнитное поле. Также мы сможем определить его форму, как и где оно располагается, каким-то образом охарактеризовать его.

Для этого нам будут нужны не какие-то сложные приборы, а всего лишь железные опилки. На данном уроке мы рассмотрим их применение и сделаем определенные выводы о магнитном поле прямого тока.

Использование железных опилок для обнаружения магнитного поля

Магнитное поле возникает вокруг проводников, по которым течет ток. Чтобы его обнаружить, есть множество способов. Некоторые из них мы рассматривали в прошлом уроке.

Теперь мы рассмотрим еще один способ — использование мелких железных опилок.

Почему для изучения магнитного поля можно использовать железные опилки? Ответ очень прост. Эти маленькие кусочки железа, оказавшись в магнитном поле, намагничиваются. Так они становятся маленькими магнитным стрелками. 

Опыт Эрстеда уже показал нам, что магнитная стрелка отклоняется от своего первоначального положения при наличии рядом проводника, по которому течет ток. Теперь у нас будет не одна такая стрелка, а большое их множество. Мы же пронаблюдаем за тем, как ось каждой такой стрелки будет ориентироваться под действием сил магнитного поля.

Определение формы магнитного поля

Как же «выглядит» магнитное поле? Давайте проведем простой опыт (рисунок 1).

У нас есть прямой проводник с током. Сделаем в листе картона отверстие и проденем через него наш проводник. На картон насыпем тонкий слой железных опилок и включим ток.

Что же мы увидим? Как расположатся железные опилки в магнитном поле прямого тока?

Под действием магнитного поля опилки принимают интересное положение. Они теперь не беспорядочно лежат на листе картона. Теперь они располагаются вокруг проводника по концентрическим окружностям.

Линии магнитного поля

Чтобы описать магнитное поле и созданные им окружности из железных опилок, мы введем новое определение — магнитные линии.

Магнитные линии магнитного поля — это линии, вдоль которых в магнитном поле располагаются оси маленьких магнитных стрелок.

Что означает это определение? Соединим опилки, образовавшие одну из окружностей, воображаемой линией. Так мы получим окружность, в центре который находится проводник (рисунок 2).

Обратите внимание, что стрелки не только выстраиваются вдоль этих линий. Еще они ориентируются все в одном направлении по этой окружности. Для того, чтобы проще было это оценить, рядом с проводником можно разместить обычные магнитные стрелки, как на рисунке 2.

Они располагаются на линии магнитного поля, указывая одним своим полюсом в одну сторону. Здесь мы не говорим, что они указывают направо или налево. Они разворачиваются одним полюсом как бы в одном направлении движения по окружности.

Направление магнитных линий и форма магнитного поля

Получается, что использование опилок дало нам две новые характеристики магнитного поля: мы видим не только его форму с помощью магнитных линий, но и замечаем, что сами линии имеют определенное направление.

Итак, мы можем сделать следующие выводы:

Магнитные линии магнитного поля тока представляют собой замкнутые кривые (концентрические окружности в случае магнитного поля прямого тока), охватывающие проводник.

Направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля, принято за направление магнитной линии магнитного поля.

Связь направлений магнитных линий и направления электрического тока

Магнитные линии дают нам возможность изобразить магнитное поле графически. 

На каком расстоянии от проводника мы можем нарисовать его магнитные линии? Ответ прост — для графического изображения мы можем использовать удобный для нас масштаб. 

Магнитное поле существует во всех точках пространства, окружающего проводник с током. Значит, мы можем правомерно провести магнитную линию через любую точку.

Хорошо, но как определить направление магнитных линий? Опыты показывают следующее:

Направление магнитных линий магнитного поля тока связано с направлением тока в проводнике.

Так как магнитные линии лежат в плоскости, перпендикулярной проводнику с током, на чертежах принято изображать сечение проводника (проводник в разрезе). Направление тока при этом условно обозначается крестиком, если ток направлен от нас, и точкой, если ток направлен на нас (рисунок 3).

Взгляните на рисунок 4, а. Ток течет вниз по проводнику. Магнитные стрелки устанавливаются вдоль магнитных линий. Их оси ориентируется таким образом, как показано на рисунке.

Графическое изображение такого магнитного поля представлено на рисунке 4, б. Проводник с током расположен перпендикулярно плоскости чертежа, как будто мы смотрим на него сверху, а не сбоку. Направление тока мы обозначили крестиком на самом проводнике (от нас), и указали направление магнитных линий (куда указывают северные полюса магнитных стрелок.

Теперь сделаем так, чтобы ток шел не вниз, а вверх. Что мы увидим? Магнитные стрелки снова расположились вдоль окружности, но ориентация их осей изменилась (рисунок 5, а). Теперь они развернулись на $180 degree$ по сравнению с первой ситуацией, где ток шел вниз по проводнику.

На рисунке 5, б показано графическое изображение такого поля. Тот факт, что ток направлен к нам, условно обозначен точкой на проводнике. Направление магнитных линий поменялось на противоположное.

Такой простой опыт подтвердил нам тот факт, что направление магнитных линий связано с направлением тока.

Правило буравчика и правило правой руки

Можно запомнить, как соотносятся направление тока в проводнике и направление магнитных линий, а можно воспользоваться простым способом — правилом буравчика.

Если правой рукой вкручивать буравчик (винт, штопор) острием по направлению тока, то ваш большой палец будет поворачиваться по направлению магнитных линий.

Может вам покажется более удобной для использования другая интерпретация этого мнемонического правила — правило правой руки (рисунок 6).

Если обхватить правой рукой прямой проводник с током с отставленным большим пальцем так, чтобы он совпадал с направлением тока, то ваши четыре пальца покажут направление магнитных линий.

Упражнения

Пользуясь полученными знаниями, мы можем сказать, что магнитная стрелка повернется к нам южным полюсом (рисунок 8, а).

Как мы это определили? Если нарисовать чертеж (рисунок 8, б) точкой A к нам, то ток будет идти от нас. Так мы можем, используя готовые результаты опытов, приведенные в данном уроке выше, определить направление магнитных линий поля. Магнитная стрелка повернется северным полюсом по направлению этих линий, т. е. от нас.

Пользуясь правилом правой руки, мы получим тот же результат: если большой палец будет указывать направление тока, то четыре пальца укажут направление магнитных линий.

Если же мы поместим проводник под магнитной стрелкой, то ее положение поменяется. Она повернется к нам северным полюсом, потому что в этой точке магнитные линии будут направлены так же к нам.

Мы можем обнаружить такой провод с помощью магнитной стрелки на подставке или обычного компаса. Передвигая компас вдоль стены (и при этом не поворачивая его), нужно следить за положением магнитной стрелки. Если она начнет отклоняться, значит, в этом месте на нее действует магнитное поле проводника с током — наш провод где-то рядом.

Чтобы определить направление тока в этом проводе, посмотрим, куда указывает северный полюс стрелки компаса. Его направление будет совпадать с направлением магнитных линий. Если он повернется вправо, то ток направлен вверх, а если влево, то ток направлен вниз.

 Опыт Эрстеда

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

 Правило буравчика. Правило правой руки

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.

 Разветвление: Взаимодействие проводников с током в опытах Ампера

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.

 Разветвление: Задача на применение правила буравчика для прямого проводника 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

 Образование магнитного поля вблизи катушки с током (соленоида)

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

 Разветвление: Задача на применение правила 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

В начале учебного года 11 класса начинается эта тема. Решила сделать конспект с картинками. Не знаю, как зайдет здесь такой формат) Поставьте палец вверх, если актуально)

Магнитное поле – особая форма материи, существующая вокруг движущихся электрических зарядов, проводников с током, намагниченных тел (постоянных магнитов).

Обнаружить магнитное поле можно по действию на магнитную стрелку, проводник с током и движущиеся заряженные частицы.

Факт, что электрические и магнитные явления связаны друг с другом, был впервые обнаружен в 1820 году — в опыте Эрстеда.

Силовая характеристика магнитного поля – вектор магнитной индукции.

Обозначение В – , единица измерения в СИ – тесла (Тл).

Для наглядного изображения магнитного поля пользуются линиями магнитной индукции.

Линии магнитной индукции – это линии, касательные к которым направлены так же, как и вектор В в данной точке

Линии магнитного поля прямолинейного провода с током являются концентрическими окружностями. Центры этих окружностей лежат на проводе, а их плоскости перпендикулярны проводу.

Для определения направления линий магнитного поля прямого тока существуют два альтернативных правила.

Правило правой руки. Если обхватить проводник правой рукой так, чтобы отогнутый большой палец указывал направление тока, то остальные пальцы покажут направление линий магнитной индукции поля, создаваемого этим током, а значит и направление вектора магнитной индукции, направленного везде по касательной к этим линиям.

Правило буравчика (винта). Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции поля, создаваемого этим током.

Катушка получится, если плотно, виток к витку, намотать провод в достаточно длинную спираль. В катушке может быть несколько десятков, сотен или даже тысяч витков. Катушка называется ещё соленоидом.

Подписывайтесь на мой инстаграм и телеграм)