Как определяется направление магнитных силовых линий

Направление тока и направление линий его магнитного поля

То есть, если вы купите некий прибор в другой стране, то в случае его ремонта или сборки вам не потребуются винты с нарезкой в иную сторону, такие, каких не купишь в вашей стране. Нарезка всех винтов в мире совпадает. Это правило нарушают лишь в некоторых особых случаях, когда от нарезки зависит вращение некой части устройства. Но для таких случаев делают специальные детали. Это простое, но гениальное решение избавило от множества потенциальных проблем.

«Правило буравчика», направление тока и линий его магнитного поля

Оказывается, что это правило применимо не только в механике к закручиванию винтов. Если мы имеем проводник с током, то это правило помогает нам определить направление линий магнитного поля, образованного этим током. Только это правило в данном случае носит название «правила буравчика». Правило буравчика звучит следующим образом:

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

Понять сразу немного сложновато, поэтому разберемся. Буравчик это винт или шуруп, который мы ввинчиваем. Направление ручки буравчика это направление вращения нашей руки. Если ток движется от нас, то и шуруп движется от нас, то есть мы его ввинчиваем, так как мы условились считать их направления совпадающими.

Тогда направление вращения нашей руки в процессе ввинчивания это направление магнитных линий. Они будут направлены по часовой стрелке.

В случае противоположного направления электрического тока, линии магнитного поля будут направлены, соответственно, против часовой стрелки. Таким же было бы направление руки в процессе выкручивая винта или направление ручки буравчика в случае его движения к нам.

А как определить направление тока, если мы знаем направление магнитных линий? Очень просто. По тому же правилу. Только изначально бы берем за известный факт не направление движения буравчика, а направление вращения его ручки.

Правило правой руки

В случае, когда мы имеем дело с магнитным полем катушки с током или соленоида, картина будет более сложной. Поэтому для простого нахождения направления линий магнитного поля в таком случае существует правило правой руки. Оно гласит:

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.

Данное правило достаточно простое, его дополнительно пояснять не надо, все понятно из определения.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Графическое изображение магнитного поля: неоднородное и однородное
Следующая тема: Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток

Источник: http://www.nado5.ru/e-book/napravlenie-toka-i-napravlenie-linii-ego-magnitnoyu-polya

Направление магнитного поля

Перемещающийся электрический заряд, помимо электрического поля, порождает магнитное поле. Этот особый вид поля проявляется при воздействии на магнит (например, магнитную стрелку), проводник с током, заряд, находящийся в движении. На проводники с током, магнитную стрелку магнитное поле способно оказывать ориентирующее действие.

С целью наглядности в изображении магнитных полей пользуются линиями магнитной индукции (силовыми линиями) полей. Данные линии являются непрерывными. Это принципиальная отличительная черта магнитного поля от потенциального электрического поля. Магнитное поле — это вихревое (или соленоидальное) поле. До настоящего времени магнитные заряды не обнаружены.

Замечание 1

Электростатическое поле является потенциальным. Его силовые линии начинаются на зарядах со знаком плюс и оканчиваются на отрицательных зарядах.

Вектор индукции магнитного поля

Так сложилось, что силовую характеристику магнитного поля назвали индукцией, а не напряженностью, как у электрического поля.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

Индукцией магнитного поля ($\vec{B}$) называют векторную физическую величину, которую вводят при рассмотрении воздействия магнитного поля на элементарную (пробную) рамку с током.

Замечание 2

Малая рамка с током (пробная рамка) является аналогом пробного заряда в электростатике.

Требования, которые предъявляют к пробной рамке с током:

Маленькие размеры этого витка с током, которые давали бы возможность делать выводы о свойствах магнитного поля в «точке».
Сила тока в рамке не должна быть большой, поскольку не должно быть существенным влияние этого тока на источники магнитного поля.
В соответствии с определением, направление вектора магнитной индукции должно совпасть с ориентацией нормали к «свободному» пробному витку с током, который пришел в состояние покоя в магнитном поле.

Направлением нормали ($\vec{n}$) к плоскости витка с током, считают такое направление, по которому станет поступательно двигаться правый винт, при вращении его головки по току в витке (рис.1).

Рисунок 1. Направление магнитного поля. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

При повороте рамки на некоторый угол от положения равновесия, на рамку будет оказывать действие момент сил, величина которого зависит от:

$M\sim IS\sin {\alpha \, \left( 1 \right),}$

где $I$ – сила тока в витке; $S$ – площадь витка с током; $\alpha$ – угол поворота.

Момент сил, приложенный к рамке, будет наибольшим тогда, когда плоскость витка будет перепендикулярна линиям поля:

$M_{max}\sim IS\left( 2 \right)$

Характеризовать магнитное поле в месте расположения рамки можно следующим отношением:

$B=\frac{M_{max}}{IS}\left( 3 \right)$.

Отношение (3) принимают за величину вектора магнитной индукции.

Итак, количественной характеристикой магнитного поля в точке является модуль вектора магнитной индукции. Но, как уже отмечалось, магнитная индукция – векторная величина, следовательно, она имеет направление. Если говорят о направлении магнитного поля, то имеют в виду направление векторов магнитной индукции в каждой точке этого поля.

При расчете магнитных полей, которые создаются токами, необходимо принимать во внимание то, что отдельные участки тока могут создавать разные поля в одной точке пространства и следует учесть совместное действие этих полей.

Магнитная индукция удовлетворяет принципу суперпозиции:

Магнитная индукция, создаваемая несколькими проводниками с токами, равна векторной сумме индукций полей в рассматриваемой точке поля.

Силовые линии магнитного поля

Определение 1

Линии магнитной индукции (силовые линии магнитного поля) – это кривые, при помощи которых проводят визуализацию магнитного поля. Данные линии направлены так, что в любой точке поля их направление совпадает с направлением вектора магнитной индукции в этой точке. Вектор магнитной индукции является касательной к силовой линии в рассматриваемой точке поля.

Картину линий магнитной индукции можно «проявить», если использовать мелкие железные опилки. Эти опилки в магнитном поле располагаются по силовым линиям поля, так как магнитное поле их намагничивает и, воздействуя на них, ориентирует как магнитные стрелки.

Рассмотрим, каково направление магнитного поля, если его создает прямой, длинный проводник с током. Эмпирически (из опытов с контуром или магнитной стрелкой) получено, что линии магнитной индукции в нашем случае – это концентрические окружности, расположенные в плоскости, нормальной к проводнику. Центры силовых линий лежат на оси проводника.

Как и для электрического поля, густота линий магнитной индукции говорит о величине вектора магнитной индукции в исследуемой точке поля. На рис.2 плотность концентрических окружностей увеличивается к оси провода.

Направления вектора (соответственно направление магнитного поля) задано вектором магнитной индукции. В избранной точке поля, это будет касательная к силовой линии, направление которой совпадает с направлением линии магнитной индукции (рис.2).

Рисунок 2. Направление магнитного поля. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Закон Био — Савара – Лапласа и направление магнитного поля

Экспериментально невозможно изолировать отдельный участок тока, поэтому нельзя измерить величину магнитного поля, которое создает этот участок. Провести измерения можно только суммарной индукции магнитного поля, которая создана всеми элементарными токами проводника.

Установлен и часто используется закон Био-Савара – Лапласа, который можно применить к проводнику произвольной формы с током для вычисления величины магнитной индукции поля в вакууме:

$d\vec{B}=\mu_{0}\frac{I}{4\pi r{3}}\left[ d\vec{l}\vec{r} \right]\left( 4\right)$.

где $dl$ — элемент проводника с током ($d\vec{l}$ направлен вдоль проводника по току); $r$ – расстояние от проводника до точки наблюдения. Мы видим, что в выражении (4) имеется векторное произведение, следовательно, $d\vec{B}$ перпендикулярен плоскости, в которой находятся элемент проводника и радиус-вектор $\vec{r}$.

Конкретное направление $\vec{B}$ определено правилом правого винта, которое можно сформулировать следующим образом:

Вектор магнитной индукции имеет направление, совпадающее с направлением вращения головки винта, если его поступательное перемещение происходит по току.

Для того чтобы определить направление поля, которое создает протяженный проводник, следует векторно сложить индукции всех элементарных участков проводника, следуя принципу суперпозиции.

И так, для определения направления магнитного поля следует:

При помощи правила буравчика (правила правого винта), определить направление элемента вектора магнитной индукции ($d\vec{B}$), создаваемого элементом проводника с током в избранной точке пространства.
Сложить векторно элементарные векторы магнитной индукции в заданной точке поля.

Рассмотрим, каково направление магнитного поля, которое создает круговой виток с током в своем центре (рис.3).

Рисунок 3. Направление магнитного поля. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Векторы $d\vec{B}$ от всех элементов витка направлены нормально его плоскости, за плоскость чертежа. Следовательно, суммарное поле имеет такое же направление. При этом величину поля находят алгебраическим суммированием (интегрированием) отдельных $d\vec{B}_i $ от всех элементов кольцевого проводника.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/napravlenie_magnitnogo_polya/

Линии магнитной индукции, теория и примеры

Магнитное поле является силовым. Это означает, что магнитное поле векторное, и в его каждой точке на пробную частицу (в магнитном поле в качестве пробной частицы выступает пробный контур с током или магнитная стрелка) действует вектор силы.

Следовательно, как и электрическое поле, магнитное поле можно изображать при помощи линий поля, которые называют линиями магнитной индукции. Все касательные к линиям магнитной индукции в каждой точке совпадают с направлением вектора индукции ().

Через каждую точку магнитного поля можно провести линию магнитной индукции.

Так как вектор магнитной индукции в любой точке поля обладает определенным направлением, то и направление линии магнитной индукции является единственным. Это означает, что линии магнитной индукции не пересекаются. Направление линий магнитной индукции определено правилом правого винта. Которое говорит о том, что головка винта, который поворачивают по направлению тока, движется по направлению линии магнитной индукции.

Изображение линий магнитной индукции

Линии магнитной индукции изображают с такой плотностью, чтобы их количество (на единицу перпендикулярной им поверхности) было пропорционально величине магнитной индукции в рассматриваемой точке поля. Следовательно, изучая линии индукции, имеется возможность наглядного представления изменения магнитной индукции поля в пространстве (по величине и направлению).

Линии магнитной индукции можно увидеть, если провести эксперимент с железными опилками, которые намагничивают в рассматриваемом магнитном поле. Эти опилки ведут себя как малые магнитные стрелки. При реализации подобного эксперимента проводник с током пропускают через горизонтальную стеклянную пластинку (или лист картона), на нее насыпают некоторое количество опилок из железа. При встряхивании пластинки опилки выстраиваются в цепочки, форма которых соответствует линиям магнитного поля.

Линии магнитной индукции всегда являются замкнутыми (или уходят в бесконечность), не имеют начала и конца. Это имеет место для любого магнитного поля, порождаемого любым током. Векторные поля, которые имеют непрерывные линии, называют вихревыми. Магнитное поле является вихревым.

Примеры решения задач

Понравился сайт? Расскажи друзьям!

Источник: http://ru.solverbook.com/spravochnik/fizika/linii-magnitnoj-indukcii/

Линии магнитного поля

Физика > Линии магнитного поля

Как определить силовые линии магнитного поля: схема силы и направлений линий магнитного поля, использование компаса для определения магнитных полюсов, рисунок.

Линии магнитного поля полезны для визуального отображения силы и направления магнитного поля.

Задача обучения

Соотнести силы магнитного поля с плотностью линий магнитного поля.

Основные пункты

Направление магнитного поля отображает стрелки компаса, касающиеся линий магнитного поля в любой указанной точке.
Сила В-поля выступает обратно пропорциональной дистанции между линиями. Она также точно пропорциональна числу линий на единицу площади. Одна линия никогда не пересекает другую.
Магнитное поле уникально в каждой точке пространства.
Линии не прерываются и создают замкнутые петли.
Линии тянутся с северного к южному полюсу.

Термины

Линии магнитного поля – графическое изображение величины и направления магнитного поля.
В-поле – синоним для магнитного поля.

Говорят, что в детстве Альберт Эйнштейн обожал разглядывать компас, размышляя о том, как игла ощущает силу без прямого физического контакт. Глубокое мышление и серьезный интерес, привели к тому, что ребенок вырос и создал свою революционную теорию относительности.

Так как магнитные силы влияют на удаленности, мы вычисляем магнитное поля для отображения этих сил. Графическая передача линий полезна для визуализации силы и направления магнитного поля. Вытянутость линий указывает на северную ориентацию стрелки компаса. Магнитное именуют В-полем.

(а) – Если для сопоставления магнитного поля вокруг стержневого магнита используют небольшой компас, то он покажет нужное направление от северного полюса к южному. (b) – Добавление стрелок создает непрерывные линии магнитного поля. Сила выступает пропорциональной близости линий. (с) – Если можно изучить внутренность магнита, то линии отобразятся в виде замкнутых петель

Нет ничего сложного в сопоставлении магнитного поля объекта. Для начала вычислите силу и направление магнитного поля в нескольких местах. Отметьте эти точки векторами, указывающими в направлении локального магнитного поля с величиной, пропорциональной его силе. Можно объединить стрелки, и сформировать линии магнитного поля. Направление в любой точке выступит параллельным направлению ближайших линий поля, а локальная плотность способна быть пропорциональной прочности.

Силовые линии магнитного поля напоминают контурные на топографических картах, так как показывают нечто непрерывное. Многие законы магнетизма можно сформулировать при помощи простых понятий, вроде количества полевых линий сквозь поверхность.

Направление линий магнитного поля, представленных выравниванием железных опилок на бумаге, расположенной над стержневым магнитом

На отображение линий влияют различные явления. Например, железные опилки на линии магнитного поля создают линии, которые соответствуют магнитным. Также они визуально отображаются в полярных сияниях.

Отправленный в поле небольшой компас выравнивается параллельно линии поля, а северный полюс укажет на В.

Миниатюрные компасы можно использовать для демонстрации полей. (а) – Магнитное поле круглого токового контура напоминает магнитное. (b) – Длинный и прямой провод формирует поле с линиями магнитного поля, создающего круговые петли. (с) – Когда провод оказывается в плоскости бумаги, то поле выступает перпендикулярным бумаге. Отметьте, какие именно символы используют для поля, указывающего внутрь и наружу

Детальное изучение магнитных полей помогло вывести ряд важных правил:

Направление магнитного поля касается линии поля в любой точке пространства.
Сила поля выступает пропорциональной близости линии. Она также точно пропорциональна количеству линий на единицу площади.
Линии магнитного поля никогда не сталкиваются, а значит в любой точке пространства магнитное поле будет уникальным.
Линии остаются непрерывными и следуют с северного к южному полюсу.

Последнее правило основывается на том, что полюса нельзя разделить. И это отличается от линий электрического поля, в которых конец и начало знаменуется положительными и отрицательными зарядами.

Читайте нас на Яндекс.Дзен

Источник: https://v-kosmose.com/fizika/linii-magnitnogo-polya/

III. Основы электродинамики

Уже в VI в. до н.э. в Китае было известно, что некоторые руды обладают способностью притягиваться друг к другу и притягивать железные предметы. Куски таких руд были найдены возле города Магнесии в Малой Азии, поэтому они получили название магнитов.

Посредством чего взаимодействуют магнит и железные предметы? Вспомним, почему притягиваются наэлектризованные тела? Потому что около электрического заряда образуется своеобразная форма материи — электрическое поле. Вокруг магнита существует подобная форма материи, но имеет другую природу происхождения (ведь руда электрически нейтральна), ее называют магнитным полем.

Для изучения магнитного поля используют прямой или подковообразный магниты. Определенные места магнита обладают наибольшим притягивающим действием, их называют полюсами (северный и южный). Разноименные магнитные полюса притягиваются, а одноименные — отталкиваются.

Для силовой характеристики магнитного поля используют вектор индукции магнитного поля B. Магнитное поле графически изображают при помощи силовых линий (линии магнитной индукции). Линии являются замкнутыми, не имеют ни начала, ни конца. Место, из которого выходят магнитные линии — северный полюс (North), входят магнитные линии в южный полюс (South).

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Что такое дифференциальный ток

Магнитное поле можно сделать «видимым» с помощью железных опилок.

Магнитное поле проводника с током

А теперь о том, что обнаружили Ханс Кристиан Эрстед и Андре Мари Ампер в 1820 г. Оказывается, магнитное поле существует не только вокруг магнита, но и любого проводника с током. Любой провод, например, шнур от лампы, по которому протекает электрический ток, является магнитом! Провод с током взаимодействует с магнитом (попробуйте поднести к нему компас), два провода с током взаимодействуют друг с другом.

Силовые линии магнитного поля прямого тока — это окружности вокруг проводника.

Направление вектора магнитной индукции

Направление магнитного поля в данной точке можно определить как направление, которое указывает северный полюс стрелки компаса, помещенного в эту точку.

Направление линий магнитной индукции зависит от направления тока в проводнике.

Определяется направление вектора индукции по правилу буравчика или правилу правой руки.

Вектор магнитной индукции

Это векторная величина, характеризующая силовое действие поля.

Индукция магнитного поля бесконечного прямолинейного проводника с током на расстоянии r от него:

Индукция магнитного поля в центре тонкого кругового витка радиуса r:

Индукция магнитного поля соленоида (катушка, витки которой последовательно обходятся током в одном направлении):

Принцип суперпозиции

Если магнитное поле в данной точке пространства создается несколькими источниками поля, то магнитная индукция — векторная сумма индукций каждого из полей в отдельности

Магнитное поле Земли

Земля является не только большим отрицательным зарядом и источником электрического поля, но в то же время магнитное поле нашей планеты подобно полю прямого магнита гигантских размеров.

Географический юг находится недалеко от магнитного севера, а географический север приближен к магнитному югу. Если компас разместить в магнитном поле Земли, то его северная стрелка ориентируется вдоль линий магнитной индукции в направлении южного магнитного полюса, то есть укажет нам, где располагается географический север.

Характерные элементы земного магнетизма весьма медленно изменяются с течением времени — вековые изменения. Однако время от времени происходят магнитные бури, когда в течение нескольких часов магнитное поле Земли сильно искажается, а затем постепенно возвращается к прежним значениям. Такое резкое изменение влияет на самочувствие людей.

Магнитное поле Земли является «щитом», прикрывающего нашу планету от частиц, проникающих из космоса («солнечного ветра»). Вблизи магнитных полюсов потоки частиц подходят гораздо ближе к поверхности Земли. При мощных солнечных вспышках магнитосфера деформируется, и эти частицы могут переходить в верхние слои атмосферы, где сталкиваются с молекулами газа, образуются полярные сияния.

Применение магнитного поля

Частицы диоксида железа на магнитной пленке хорошо намагничиваются в процессе записи.

Поезда на магнитной подушке скользят над поверхностью совершенно без трения. Поезд способен развивать скорость до 650 км/ч.

Работа головного мозга, пульсация сердца сопровождается электрическими импульсами. При этом в органах возникает слабое магнитное поле.

Источник: http://fizmat.by/kursy/magnetizm/magnit_pole

Магнитное поле и электрический ток

Между электрическим током и магнитным полем существует тесная связь. Давайте рассмотрим ее подробно. Там где течет электрический ток, мы всегда находим и магнитное поле.

Дело в том, что электрический ток в проводнике всегда сопровождается магнитным, а точнее говоря — электромагнитным полем. Существование электрического тока в проводнике обязательно связано с образованием магнитного поля.

Какое это магнитное поле и насколько оно сильное зависит от величины тока и от среды, в которой протекает этот ток?

Если говорить о токе в электролите, например ток в аккумуляторе в виде направленного движения ионов, то никакого столь заметного магнитного поля порождаемого таким током мы не обнаружим, но вокруг того медного проводника, которым мы замкнем клеммы аккумулятора мы сможем наблюдать магнитное поле.

Наглядный пример с простенькой схемой, где имеется химический источник тока B1, а в качестве нагрузки лампа накаливания H1, демонстрирует нам свойства электрического тока в проводнике.

При замыкании электрического ключа (простой выключатель) S1 спираль в лампе H1 раскаляется и начинает излучать свет, а стрелка компаса рядом с проводником с током I начинает отклонятся, что говорит о наличии магнитного поля.

При размыкании ключа S1 электрический ток I прекращается, спираль в лампе накаливания H1 перестаёт нагреваться и светится, а стрелка компаса возвращается в исходное состояние (указывает на полюса Земли).

Вокруг проводника с током I, то есть когда по нему протекает электрический ток, образуется магнитное поле и именно оно заставляет стрелку компаса изменить свою ориентацию. Стрелка компаса при протекании электрического тока I в проводнике (проводе) в одном направлении будет поворачиваться в одну сторону, но если поменять местами провода на клеммах источника B1, то изменится и направление тока I, тогда стрелка компаса будет отклонятся в противоположном направлении.

Используя это физическое явление стало возможным измерять величину электрического тока и его направление. Именно на этом явлении работает такой измерительный прибор как амперметр, который фактически измеряет силу отклонения стрелки при протекании тока через амперметр. Это во много раз усовершенствованная и специализированная конструкция того же компаса, который показывает уже не только направление отклонения, но и величину, силу отклонения.

Как выглядят силовые линии магнитного поля порождаемого проводником с током? Для того, чтобы это увидеть достаточно куска картона и железных опилков.

Если проделать отверстие в центре куска картона достаточное чтобы через него прошел провод и продеть его через этот картон, а сам картон закрепить перпендикулярно проводнику, то мы получим плоскость в которой сможем наглядно увидеть силовые линии магнитного поля порождаемые этим проводником с током.

Когда электрическая цепь будет замкнута и по проводу потечет электрический ток, надо сверху понемногу подсыпать железные опилки, которые начнут выстраиваться и тем самым образовывать рисунок силовых линий магнитного поля.

Чем больше величина тока, тем гуще и жирнее будут линии образованные железными опилками, потому как величина напряженности магнитного поля будет больше. Если ток будет очень мал, тогда и линии будут едва заметными. Магнитное поле вокруг одиночного проводника будет располагаться концентрическими кругами постепенно затухая по величине по мере удаления от своего источника (проводника с током).

Конфигурация магнитного поля может быть изменена, если провести манипуляции с проводом, а именно, если сблизить его с другими проводниками с током разных направлений тока (встречное или параллельное), или если провод свернуть в витки.

В таких случаях рисунок силовых линий магнитного поля будет изменён, потому как вектора напряженности в каждой точке пространства от разных источников будут складываться, а значит будет меняться не только их величина, но и направление.

Наглядно увидеть рисунок можно всё также, с помощью картонки и железных опилок.

Каково же будет направление силовых линий магнитного поля? Следует помнить, что когда-то условились в научных кругах считать направление магнитного поля выходящим с «Северного» полюса и заходящим в «Южный» полюс магнита.

При этом «Северный» полюс магнита это та часть стрелки компаса, которая указывает на «Северный» полюс Земли, а «Южный» полюс — это противоположный «Северному». В итоге обозначение полюсов это удобная условность как и направление магнитных силовых линий.

Это направление нужно учитывать при сложении линий магнитного поля при получении результирующего магнитного поля.

Если при протекании тока в одном направлении имеем одно направление магнитных силовых линий, то при смене полярности питания изменится и направление тока на противоположное, а как результат и направление магнитного поля также изменится на противоположное. Если мы имеем дело с электромагнитом постоянного тока, то при смене полярности питания такого электромагнита, полюса электромагнита поменяются местами.

Правило буравчика

Если мысленно представить, что мы вкручиваем буравчик (штопор) по направлению электрического тока в проводе в этот самый провод, тогда направление рукоятки буравчика покажет нам направление силовых линий магнитного поля.

При этом буравчик должен быть самым обычным с правой резьбой.

Если же мы имеем дело с электромагнитом какой либо формы, то гораздо проще определится с полюсами и используя то, что силовые линии выходят из «Северного» полюса магнитного поля и заходят в «Южный» полюс — можно определить направление силовых линий.

Магнитное взаимодействие токов

Магнитные явления известны людям еще с древнего мира. Компас появился свыше 4,5 тысяч лет назад. В Европе его изобрели примерно в XII веке н.э. Но только в XIX веке ученые обнаружили связь между электричеством и магнетизмом, благодаря чему появились первые представления о магнитном поле.

Датский физик Х. Эрстед в 1820-м году в своих первых экспериментах выявил глубокую связь между электрическими и магнитными явлениями. Опыты ученого показали: на магнитную стрелку, которая находится рядом с электрическим проводником, действуют силы, стремящиеся ее повернуть. В это же время французский физик А. Ампер проводил наблюдения над силовым взаимодействием 2-х проводников с токами и открыл закон взаимодействия токов.

С точки зрения современной науки, проводники с током взаимодействуют друг с другом не непосредственно, а при помощи окружающих их магнитных полей.

Определение 1

Электрические заряды или токи – это источники магнитного поля. Магнитные поля возникают в пространстве, окружающем проводники с током, так же, как в пространстве, окружающем неподвижные электрические заряды, возникают электрические поля. Магнитные поля постоянных магнитов тоже создаются электрическими микротоками, которые циркулируют внутри молекул вещества (согласно гипотезе Ампера).

Ученые в XIX веке пытались разработать теорию магнитного поля аналогично теории электростатики, вводя в наблюдения магнитные заряды 2-х знаков: северного N и южного S полюсов магнитной стрелки. Но эксперименты показали, что изолированные магнитные заряды не существуют.

Магнитные поля токов принципиально не такие, как электрические поля. Магнитные поля, в отличие от электрических, оказывают силовое действие лишь на движущиеся заряды (токи).

Определение 2

Для описания магнитных полей введем силовую характеристику поля, которая аналогична вектору напряженности E→ электрических полей. Данной характеристикой будет вектор магнитной индукции B→ он определяет силы, действующие на токи либо движущиеся заряды в магнитных полях.

Определение 3

Положительным направлением вектора B→ будет направление от южного полюса S к северному полюсу N магнитной стрелки, свободно ориентирующееся в магнитном поле. Так, при исследовании магнитных полей, создаваемых током или постоянным магнитом, при помощи маленькой магнитной стрелки, в каждой точке пространства определяется направление вектора B→. Данный опыт позволяет наглядно воспроизвести пространственную структуру магнитных полей.

Линии магнитной индукции

Определение 4

По аналогии построения силовых линий в электростатике строятся линии магнитной индукции, в каждой точке которых вектор B→ направляется по касательной.

Пример 1

Смотрите пример линий магнитной индукции полей постоянного магнита и катушки с током на рисунке 1.16.1.

Рисунок 1.16.1. Линии магнитной индукции полей постоянного магнита и катушки с током. Индикаторные магнитные стрелки ориентируются по направлению касательных к линиям индукции.

Обращаем внимание, что линии магнитной индукции все время замкнутые, и ни в каком месте не обрываются. Из этого следует, что у магнитных полей нет источников – магнитных зарядов.

Определение 5

Вихревые силовые поля – это поля, обладающие свойством магнитной индукции.

Пример 2

Мы можем наблюдать картину магнитной индукции при помощи мелких опилок железа, которые в магнитном поле намагничиваются и, наподобие маленьких магнитных стрелок, ориентируются вдоль линий индукции.

Чтобы дать количественную оценку магнитному полю, укажем способ определения направления вектора B→ а также его модуля. Для этого внесем в рассматриваемое магнитное поле проводник с током и измерим силу, оказывающую действие на отдельный прямолинейный участок данного проводника.

Длина участка проводника Δl должна быть достаточно мала по сравнению с размерами областей неоднородности магнитного поля.

Согласно опытам Ампера, действующая на участок проводника сила пропорциональна силе тока I, длине Δl данного участка и синусу угла α между направлениями тока и вектора магнитной индукции.

Закон Ампера

Определение 6

Сила Ампера равна F~IΔl sin α. Максимальное по модулю значение Fmax сила Ампера достигает, когда проводник с током находится перпендикулярно линиям магнитной индукции.

Определение 7

Модуль вектора магнитной индукции B→ равняется отношению максимального значения силы Ампера, которая действует на прямой проводник с током, к силе тока I в проводнике и длине Δl: B=FmaxI∆l.

В общем случае сила Ампера вычисляется по формуле, которая является законом Ампера:

F=IBΔl sin α.

Определение 8

Тесла (Тл) — единица измерения магнитной индукции в СИ. Она показывает, что максимальная сила Ампера 1 Н действует на каждый метр длины проводника с силой тока 1 А:

1 Тл=1НА·м

Пример 3

Тл – крупная единица измерения. Например, магнитное поле нашей планеты приближенно равняется 0,5·10–4 Тл. Для сравнения, большой лабораторный магнит создает поле не более, чем 5 Тл.

Правило левой руки и правило Буравчика

Согласно закону Ампера, сила Ампера находится перпендикулярно вектору магнитной индукции B→ и направлению тока, проходящего по проводнику. Чтобы определить направление силы Ампера часто используют одно правило. Вот его пример.

Пример 4

Правило левой руки: расположите левую руку таким образом, чтобы линии индукции B→ входили в ладонь, а вытянутые пальцы направлялись вдоль тока, тогда отведенный большой палец покажет направление силы, которая действует на проводник (рисунок 1.16.2).

Рисунок 1.16.2. Правило левой руки и правило буравчика.

Если угол α между направлениями вектора B→ и тока в проводнике. Больше или меньше 90°, тогда для выяснения направления силы Ампера F→ удобнее использовать правило буравчика.

Пример 5

Воображаемый буравчик находится перпендикулярно плоскости с вектором B→ и проводником с током, потом его рукоятка поворачивается от направления тока к направлению вектора B→. Поступательное перемещение буравчика укажет направление силы Ампера F→ (рисунок 1.16.2). Данный способ определения направления силы Ампера также известен, как правило правого винта.

Магнитное взаимодействие параллельных токов

Пример 6

Важный пример магнитного взаимодействия – это взаимодействие параллельных токов. Закономерности данного явления экспериментально установил Ампер. Если по 2-м параллельным проводникам электрические токи протекают в одну сторону, то происходит взаимное притяжение проводников. Если электрические токи протекают в противоположных направлениях, то в таком случае проводники отталкиваются друг от друга.

Определение 9

Взаимодействие токов вызвано их магнитными полями: магнитное поле 1-го тока действует силой Ампера на 2-ой ток и наоборот.

Как демонстрируют опыты, модуль силы, которая действует на отрезок длиной Δl каждого из проводников, прямо пропорционален силе тока I1 и I2 в проводниках, длине отрезка Δl и обратно пропорционален расстоянию R между ними:

F=kI1I2∆tR

Определение 10

В Международной системе единиц измерения коэффициент пропорциональности k записывают следующим образом:

k=μ02π,

где μ0 – это постоянная величина, которая называется магнитной постоянной.

Введение магнитной постоянной в систему измерения упрощает запись нескольких формул. Ее числовое значение равняется:

μ0=4π·10–7 HA2≈ 1,26·10–6 HA2.

Определение 11

Формула, которая выражает закон магнитного взаимодействия параллельных токов, имеет вид: F=μ0I1I2∆l2πR

Из нее легко вывести формулу для определения индукции магнитного поля каждого из прямолинейных проводников. Магнитное поле прямолинейного проводника с током обладает осевой симметрией и, значит, замкнутые линии магнитной индукции могут выступать лишь в качестве концентрических окружностей, располагающихся в плоскостях, перпендикулярных проводнику.

Данный факт означает, векторы B1→ и B2→ магнитной индукции параллельных токов I1 и I2 располагаются в плоскости, перпендикулярной 2-м токам. Потому при исчислении сил Ампера, действующих на проводники с током, в законе Ампера предполагаем sin α=1.

По закону магнитного взаимодействия параллельных токов выходит, что модуль индукции B магнитного поля прямолинейного проводника с током I на расстоянии R равен соотношению

B=μ0I2πR

Чтобы добиться притяжения параллельных токов при магнитном взаимодействии и отталкивания антипараллельных токов, необходимо расположить линии магнитной индукции по направлению часовой стрелки, если смотреть вдоль проводника по направлению тока.

Для выявления направления вектора B→ магнитного поля прямолинейного проводника тоже используется правило буравчика: направление вращения рукоятки буравчика совпадает с направлением вектора B→ если при поворотах буравчик перемещается в направлении тока (рисунок 1.16.3).

Рисунок 1.16.3. Магнитное поле прямолинейного проводника с током.

Рисунок 1.16.4. Магнитное взаимодействие параллельных и антипараллельных токов.

Рисунок 1.16.4 наглядно объясняет закономерность взаимодействия параллельных токов.

Магнитное взаимодействие параллельных проводников с током применяется в СИ для вычисления единицы силы тока – ампера.

Определение 12

Ампер – это сила неизменяющегося тока, который при протекании по 2-м параллельным проводникам бесконечной длины и очень маленького кругового сечения, расположенным на одном метре друг от друга в вакууме, вызвал бы между данными проводниками силу магнитного взаимодействия величиной 2·10–7 Н на каждый метр длины.

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Как найти коэффициент использования

Рисунок 1.16.5. Модель взаимодействия параллельных токов.

Рисунок 1.16.6. Модель рамки с током в магнитном поле.

Если вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста, выделите её и нажмите Ctrl+Enter

Не получается написать работу самому?

Доверь это кандидату наук!

Источник: https://zaochnik.com/spravochnik/fizika/magnitnoe-pole/magnitnoe-vzaimodejstvie-tokov/

Правило буравчика

Вступив во взрослую жизнь, мало кто вспоминает школьный курс физики. Однако иногда необходимо покопаться в памяти, ведь некоторые знания, полученные в юности, могут существенно облегчить запоминание сложных законов. Одним из таких является правило правой и левой руки в физике.

Применение его в жизни позволяет понять сложные понятия (к примеру, определить направление аксиального вектора при известном базисном).

Сегодня попробуем объяснить эти понятия, и как они действуют языком, доступным простому обывателю, закончившему учёбу давно и забывшему ненужную (как ему казалось) информацию.

Правило правой руки (буравчика) легко понять, глядя на обычный штопор

Пётр Буравчик – это первый физик, сформулировавший правило левой руки для различных частиц и полей. Оно применимо как в электротехнике (помогает определить направление магнитных полей), так и в иных областях. Оно поможет, к примеру, определить угловую скорость.

Простое и понятное объяснение с наглядным примером

Правило буравчика (правило правой руки) – это название не связано с фамилией физика, сформулировавшего его.

Больше название опирается на инструмент, имеющий определённое направление шнека. Обычно у буравчика (винта, штопора) т.н. резьба правая, входит в грунт бур по часовой стрелке.

Рассмотрим применение этого утверждения для определения магнитного поля.

Главное – не забыть, в каком направлении течёт ток

Нужно сжать правую руку в кулак, подняв вверх большой палец. Теперь немного разжимаем остальные четыре.

Именно они указывают нам направление магнитного поля.

Если же говорить кратко, правило буравчика имеет следующий смысл – вкручивая буравчик вдоль направления тока, увидим, что рукоять вращается по направлению линии вектора магнитной индукции.

Правило правой и левой руки: применение на практике

Рассматривая применение этого закона, начнём с правила правой руки. Если известно направление вектора магнитного поля, при помощи буравчика можно обойтись без знания закона электромагнитной индукции. Представим, что винт передвигается вдоль магнитного поля. Тогда направление течения тока будет «по резьбе», то есть вправо.

Ещё одно чёткое и понятное объяснение

Применение правила правой руки для соленоида

Обратим внимание на постоянный управляемый магнит, аналогом которого является соленоид. По своей сути он является катушкой с двумя контактами. Известно, что ток движется от «+» к «-». Опираясь на эту информацию, берём в правую руку соленоид в таком положении, чтобы 4 пальца указывали направление течения тока. Тогда вытянутый большой палец укажет вектор магнитного поля.

Применение правила правой руки для соленоида

Правило левой руки: что можно определить, воспользовавшись им

Не стоит путать правила левой руки и буравчика – они предназначены для совершенно разных целей. При помощи левой руки можно определить две силы, вернее, их направление. Это:

сила Лоренца;
сила Ампера.

Попробуем разобраться, как это работает.

Применение для силы Ампера

Правило левой руки для силы Ампера: в чём оно заключается

Расположим левую руку вдоль проводника так, чтобы пальцы были направлены в сторону протекания тока. Большой палец будет указывать в сторону вектора силы Ампера, а в направлении руки, между большим и указательным пальцем будет направлен вектор магнитного поля. Это и будет правило левой руки для силы ампера, формула которой выглядит так:

Правило левой руки для силы Лоренца: отличия от предыдущего

Располагаем три пальца левой руки (большой, указательный и средний) так, чтобы они находились под прямым углом друг к другу.

Большой палец, направленный в этом случае в сторону, укажет направление силы Лоренца, указательный (направлен вниз) – направление магнитного поля (от северного полюса к южному), а средний, расположенный перпендикулярно в сторону от большого, – направление тока в проводнике.

Применение для силы Лоренца

Формулу расчёта силы Лоренца можно увидеть на рисунке ниже.

Заключение

Разобравшись один раз с правилами правой и левой руки, уважаемый читатель поймёт, насколько легко ими пользоваться. Ведь они заменяют знание многих законов физики, в частности, электротехники. Главное здесь – не забыть направление течения тока.

При помощи рук можно определить множество различных параметров

Надеемся, что сегодняшняя статья была полезна нашим уважаемым читателям. При возникновении вопросов их можно оставить в обсуждениях ниже. Редакция Seti.

guru с удовольствием на них ответит в максимально сжатые сроки. Пишите, общайтесь, спрашивайте.

А мы, в свою очередь, предлагаем вам посмотреть короткое видео, которое поможет более полно понять тему нашего сегодняшнего разговора.

Источник: https://chipstock.ru/drugoe/pravilo-buravchika.html

Магнитное поле. Линии

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: взаимодействие магнитов, магнитное поле проводника с током

Магнитные свойства вещества известны людям давно. Магниты получили своё название от античного города Магнесия: в его окрестностях был распространён минерал (названный впоследствии магнитным железняком или магнетитом), куски которого притягивали железные предметы.

Взаимодействие магнитов

На двух сторонах каждого магнита расположены северный полюс и южный полюс. Два магнита притягиваются друг к другу разноимёнными полюсами и отталкиваются одноимёнными. Магниты могут действовать друг на друга даже сквозь вакуум! Всё это напоминает взаимодействие электрических зарядов, однако взаимодействие магнитов не является электрическим. Об этом свидетельствуют следующие опытные факты.

• Магнитная сила ослабевает при нагревании магнита. Сила же взаимодействия точечных зарядов не зависит от их температуры.

• Магнитная сила ослабевает, если трясти магнит. Ничего подобного с электрически заряженными телами не происходит.

• Положительные электрические заряды можно отделить от отрицательных (например, при электризации тел). А вот разделить полюса магнита не получается: если разрезать магнит на две части, то в месте разреза также возникают полюса, и магнит распадается на два магнита с разноимёнными полюсами на концах (ориентированных точно так же, как и полюса исходного магнита).

Таким образом, магниты всегда двухполюсные, они существуют только в виде диполей. Изолированных магнитных полюсов (так называемых магнитных монополей — аналогов электрического заряда)в при роде не существует (во всяком случае, экспериментально они пока не обнаружены). Это, пожалуй, самая впечатляющая асимметрия между электричеством и магнетизмом.

• Как и электрически заряженные тела, магниты действуют на электрические заряды. Однако магнит действует только на движущийся заряд; если заряд покоится относительно магнита, то действия магнитной силы на заряд не наблюдается. Напротив, наэлектризованное тело действует на любой заряд ,вне зависимости от того, покоится он или движется.

По современным представлениям теории близкодействия, взаимодействие магнитов осуществляется посредством магнитного поля.А именно, магнит создаёт в окружающем пространстве магнитное поле, которое действует на другой магнит и вызывает видимое притяжение или отталкивание этих магнитов.

Примером магнита служит магнитная стрелка компаса. С помощью магнитной стрелки можно судить о наличии магнитного поля в данной области пространства, а также о направлении поля.

Наша планета Земля является гигантским магнитом. Неподалёку от северного географического полюса Земли расположен южный магнитный полюс. Поэтому северный конец стрелки компаса, поворачиваясь к южному магнитному полюсу Земли, указывает на географический север. Отсюда, собственно, и возникло название «северный полюс» магнита.

Линии магнитного поля

Электрическое поле, напомним, исследуется с помощью маленьких пробных зарядов, по действию на которые можно судить о величине и направлении поля. Аналогом пробного заряда в случае магнитного поля является маленькая магнитная стрелка.

Например, можно получить некоторое геометрическое представление о магнитном поле, если разместить в разных точках пространства очень маленькие стрелки компаса. Опыт показывает, что стрелки выстроятся вдоль определённых линий —так называемых линий магнитного поля . Дадим определение этого понятия в виде следующих трёх пунктов.

1. Линии магнитного поля, или магнитные силовые линии — это направленные линии в пространстве, обладающие следующим свойством: маленькая стрелка компаса, помещённая в каждой точке такой линии, ориентируется по касательной к этой линии.

2. Направлением линии магнитного поля считается направление северных концов стрелок компаса, расположенных в точках данной линии.

3. Чем гуще идут линии, тем сильнее магнитное поле в данной области пространства.

Роль стрелок компаса с успехом могут выполнять железные опилки: в магнитном поле маленькие опилки намагничиваются и ведут себя в точности как магнитные стрелки.

Так, насыпав железных опилок вокруг постоянного магнита, мы увидим примерно следующую картину линий магнитного поля (рис. 1).

Рис. 1. Поле постоянного магнита

Северный полюс магнита обозначается синим цветом и буквой ; южный полюс — красным цветом и буквой . Обратите внимание, что линии поля выходят из северного полюса магнита и входят в южный полюс: ведь именно к южному полюсу магнита будет направлен северный конец стрелки компаса.

Опыт Эрстеда

Несмотря на то, что электрические и магнитные явления были известны людям ещё с античности, никакой взаимосвязи между ними долгое время не наблюдалось. В течение нескольких столетий исследования электричества и магнетизма шли параллельно и независимо друг от друга.

Тот замечательный факт, что электрические и магнитные явления на самом деле связаны друг с другом, был впервые обнаружен в 1820 году — в знаменитом опыте Эрстеда.

Схема опыта Эрстеда показана на рис. 2 (изображение с сайта rt.mipt.ru). Над магнитной стрелкой ( и — северный и южный полюсы стрелки) расположен металлический проводник, подключённый к источнику тока.

Если замкнуть цепь, то стрелка поворачивается перпендикулярно проводнику!
Этот простой опыт прямо указал на взаимосвязь электричества и магнетизма.

Эксперименты последовавшие за опытом Эрстеда, твёрдо установили следующую закономерность: магнитное поле порождается электрическими токами и действует на токи.

Рис. 2. Опыт Эрстеда

Картина линий магнитного поля, порождённого проводником с током, зависит от формы проводника.

Магнитное поле прямого провода с током

Линии магнитного поля прямолинейного провода с током являются концентрическими окружностями. Центры этих окружностей лежат на проводе, а их плоскости перпендикулярны проводу (рис. 3).

Рис. 3. Поле прямого провода с током

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

Правило часовой стрелки . Линии поля идут против часовой стрелки, если смотреть так, чтобы ток тёк на нас.

Правило винта (или правило буравчика, или правило штопора — это уж кому что ближе ;-)). Линии поля идут туда, куда надо вращать винт (с обычной правой резьбой), чтобы он двигался по резьбе в направлении тока.

Пользуйтесь тем правилом, которое вам больше по душе. Лучше привыкнуть к правилу часовой стрелки — вы сами впоследствии убедитесь, что оно более универсально и им проще пользоваться (а потом с благодарностью вспомните его на первом курсе, когда будете изучать аналитическую геометрию).

На рис. 3 появилось и кое-что новое: это вектор , который называется индукцией магнитного поля, или магнитной индукцией. Вектор магнитной индукции является аналогом вектора напряжённости электрического поля: он служит силовой характеристикой магнитного поля, определяя силу, с которой магнитное поле действует на движущиеся заряды.

О силах в магнитном поле мы поговорим позже, а пока отметим лишь, что величина и направление магнитного поля определяется вектором магнитной индукции . В каждой точке пространства вектор направлен туда же,куда и северный конец стрелки компаса, помещённой в данную точку, а именно по касательной к линии поля в направлении этой линии. Измеряется магнитная индукция в теслах (Тл).

Как и в случае электрического поля, для индукции магнитного поля справедлив принцип суперпозиции. Он заключается в том, что индукции магнитных полей , создаваемых в данной точке различными токами, складываются векторно и дают результирующий вектор магнитной индукции: .

Магнитное поле витка с током

Источник: https://ege-study.ru/ru/ege/materialy/fizika/magnitnoe-pole-linii/

лабораторная работа 40

Лабораторная работа № 40

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ
НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ ЗЕМЛИ

Цель работы — определение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли с помощью тангенс-гальванометра.

Приборы и принадлежности: тангенс-гальванометр, амперметр, реостат, источник постоянного тока, ключ, переключатель полярности.

Тангенс-гальванометр. Поле катушки

Из курса физики известно, что Земля представляет собой огромный магнит, полюса которого расположены вблизи географических полюсов: вблизи северного географического полюса расположен южный магнитный полюс Ѕ, а вблизи южного – северный магнитный полюс Ν (рис. 1).

Рис. 1

Магнитное поле Земли на экваторе направлено горизонтально (точка В), а у магнитных полюсов – вертикально (точка А). В остальных точках земной поверхности магнитное поле Земли направлено под некоторым углом (точка К).

Величину проекции напряженности земного магнитного поля Н на горизонтальную плоскость называют горизонтальной составляющей магнитного поля Земли НЗ. Направление этой составляющей принимается за направление магнитного меридиана, а вертикальная плоскость, проходящая через него, называется плоскостью магнитного меридиана.

Угол α между направлением магнитного поля Земли и горизонтальной плоскостью называется углом наклонения, а угол β между географическим и магнитным меридианом – углом склонения.

Магнитная стрелка, которая может вращаться лишь вокруг вертикальной оси, будет отклоняться в горизонтальной плоскости только под действием горизонтальной составляющей магнитного поля Земли (НЗ).

Это свойство магнитной стрелки используется в тангенс-гальванометре для определения НЗ.

Тангенс-гальванометр представляет собой плоскую вертикальную катушку радиусом R с некоторым числом витков n. Величина радиуса катушки и число витков указаны на тангенс-гальванометре. В центре катушки в горизонтальной плоскости расположен компас. Магнитная стрелка компаса при отсутствии тока в катушке будет расположена по магнитному меридиану Земли NS. Поворотом катушки около вертикальной оси нужно добиться совмещения плоскости катушки с плоскостью магнитного меридиана.

Если после такой установки катушки по ней пропустить ток, то магнитная стрелка повернется на некоторый угол α. Объясняется это тем, что на магнитную стрелку будут действовать два магнитных поля: 1-е – горизонтальная составляющая магнитного поля Земли НЗ и 2-е — созданное током катушки Н1.

Под действием этих полей магнитная стрелка займет такое положение равновесия, при котором равнодействующая двух полей будет совпадать с линией, соединяющей полюса стрелки. На рис.

2 NS – направление магнитного меридиана Земли; А и В – сечение витка катушки горизонтальной плоскостью; N1S1 – магнитная стрелка компаса, помещенная в центре катушки.

Характеристиками магнитного поля являются вектор магнитной индукции и вектор напряженности магнитного поля.

Единицы измерения В = [Тл] (Тл – тесла); H =.

Рис. 2

Индукция В и напряженность Н связаны соотношением (материальное уравнение)

В = μо μ Н, (1)

где μ0 = 4π – магнитная постоянная; μ – относительная магнитная проницаемость вещества, для воздуха μ = 1; З – вектор горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли; 1 – вектор напряженности магнитного поля, созданного током в катушке (направление 1определяется по правилу буравчика).

Обратите внимание на расположение магнитных силовых линий вокруг проводника с током: в точке А ток идет на нас (показан точкой), в точке В ток идет от нас (показан крестиком).

Магнитное поле тока катушки (вектор 1) направлено перпендикулярно к плоскости витков.

Из рис. 2 видно, что α = , следовательно,

НЗ = . (2)

Величину напряженности поля Н1 можно определить, используя закон Био-Савара-Лапласа, который формулируется следующим образом: элементарная индукция (dВ) магнитного поля, создаваемого элементом тока (Idl), прямо пропорциональна величине элемента тока Idl, синусу угла между вектором элемента тока и радиус-вектором и обратно пропорциональна квадрату расстояния от элемента тока до точки, где рассматривается индукция поля. Математически закон Био-Савара – Лапласа записывается так:

dВ = .

Элементом тока Idl называется векторная физическая величина, равная произведению силы тока I на элемент длины dl проводника (бесконечно малая длина проводника).

На рис. 3 показан элемент тока . В точке А вектор индукции d магнитного поля, создаваемого элементом тока, направлен перпендикулярно плоскости чертежа от нас и обозначен крестом.

Используя закон Био-Савара-Лапласа, найдем индукцию В магнитного поля, создаваемого одним круговым током. Для этого круговой проводник с током разбиваем на большое число элементов тока Idl (рис. 4). Найдем индукцию магнитного поля, создаваемого элементом тока в точке С, равноудаленной от кругового тока (см. рис. 4):

ЭТО ИНТЕРЕСНО: Тахогенератор что это такое

dВ = . α (3)

Рис. 3

Угол между направлением тока и радиус-вектором составляет . Поэтому sin = 1. Из сложения векторов имеем

d = d. (4)

Проинтегрировав (4), получим результирующую индукцию, т.е.

+ .

Так как составляющие вектораd направлены противоположно и сумма векторов d равна нулю, то = 0. Тогда

В = . (5)

Рис. 4

По рис. 4 dВу = dВsin β. Так как sin β= = , то с

учетом (3) имеем

dВу = . (6)

Подставляя (6) в (5), получим

В = . (7)

В центре 0 кругового тока (h = 0) индукция равна

В = . (9)

Используя (1) и учитывая, что , получим напряженность в центре кругового тока:

Н = = . (10)

Напряженность магнитного поля Н1 в центре катушки с числом витков n равна Hn. Подставляя Н1 = Hn в формулу (2) с учетом (10), получим

НЗ = , (11)

где I – ток, текущий в витке; R – радиус витка.

Этой формулой пользуются для определения горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля Земли НЗ.

Ход работы

1. Собрать электрическую цепь из тангенс-гальванометра, реостата R, ключа К, амперметра А и источника Е (рис. 5).

Рис. 5

2. Совместить плоскость кольца катушки с плоскостью магнитного меридиана. Для этого сначала с помощью поворотного кольца установить шкалу тангенс-гальванометра так, чтобы линия, которая мысленно проводится через два нуля шкалы, совпала с плоскостью кольца катушки. Затем поворотом самого тангенс-гальванометра установить стрелку на нуль шкалы, при этом окажутся совмещенными плоскости катушки и магнитного меридиана и линия нулей шкалы.

Примечание. Для точной установки нулей шкалы в плоскости катушки конструкцией тангенс-гальванометра предусмотрен совмещенный с нулями прицел, представляющий собой две вертикальные щели: узкую и широкую, посредине каждой из которых натянута тонкая проволока.

3. Включить постоянный ток, движком реостата установить по круговой шкале компаса угол отклонения стрелки α1=. Величину тока измерять по амперметру, угол α2 (рис. 6, а) – по шкале тангенс-гальванометра.

4. Поменять направление тока, поддерживая его по величине неизменным (направление тока меняют либо с помощью переключателя полярности П, либо меняя полярность источника), и проделать те же измерения для углов α3 и α4 (рис. 6, б).

5. Найти среднее значение:

= .

а) б)

Рис. 6

6. Вычислить tg и по формуле (11) вычислить НЗ.

Все измеренные значения и результаты вычислений записать в таблицу.

Таблица

№ п/п

α, град.

, град.

I,A

R,м

Н,А/м

ΔН,А/м

ΔH/Н

Вопросы для допуска к работе

1. Какова цель работы?

2. Дайте понятие магнитного поля Земли.

3. Опишите метод определения горизонтальной составляющей магнитного поля Земли НЗ с помощью тангенс-гальванометра.

4. Почему измерения выгоднее проводить при угле отклонения магнитной стрелки α = ?

Вопросы для защиты работы

1. Дайте понятие магнитного поля.

2. Дайте характеристики магнитного поля. Каковы их единицы измерения в системе СИ?

3. Сформулируйте и запишите закон Био- Савара – Лапласа.

4. Выведите формулу напряженности в центре кругового тока и рабочую формулу.

5. Выведите формулу напряженности магнитного поля, создаваемого прямым током (конечной длины и бесконечной длины).

6. Дайте определение силовой линии магнитного поля.

Источник: http://phys-bsu.narod.ru/lib/el_m/el_m/40.htm

Как определяется направление силовых линий магнитного поля

g84jsm9tB4S

ПРАВИЛО БУРАВЧИКА для прямого проводника с током

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

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.

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»!

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.

Магнитное поле

Источник: http://pechi-sibiri.ru/kak-opredeljaetsja-napravlenie-silovyh-linij/

Направление магнитного поля правило правой руки

Вы знаете правило правого винта? Если вы когда-нибудь закручивали винт или шуруп, то вы наверняка знаете, в какую сторону он закручивается, а в какую выкручивается. Люди унифицировали направление закручивая винтов и шурупов. Это значит, что все шурупы и винты во всем мире закручиваются в одну сторону. То есть, если вы купите некий прибор в другой стране, то в случае его ремонта или сборки вам не потребуются винты с нарезкой в иную сторону, такие, каких не купишь в вашей стране.

Дорогие читатели! Наши статьи рассказывают о типовых способах решения юридических вопросов, но каждый случай носит уникальный характер.

Если вы хотите узнать, как решить именно Вашу проблему — обращайтесь в форму онлайн-консультанта справа или звоните по телефонам, представленным на сайте. Это быстро и бесплатно!

Раздаточный дидактический материал по теме: Правило буравчика. (Правило правой руки)
Физика. 8 класс
Правила левой руки
Правило левой и правой руки для магнитного поля
Направление тока и направление линий его магнитного поля.
ПРАВОЙ РУКИ ПРАВИЛО
Раздаточный дидактический материал по теме: Правило буравчика. (Правило правой руки)
Физика. 11 класс
Магнитное поле тока. Правило буравчика.

Как работает правило буравчика в электротехнике В природе широко распространены электромагнитные поля и волны , несущие в себе взаимосвязанные электрическую и магнитную энергии. В пространстве они расположены перпендикулярно друг к другу.

Оглавление Адрес этой страницы вложенность в справочнике dpva. Вектор магнитной индукции.

Раздаточный дидактический материал по теме: Правило буравчика. (Правило правой руки)

При прохождении электрического тока вокруг проводника формируется магнитное поле. Его напряженность магнитная индукция зависит от величины и направления тока.

С помощью мнемонического правила буравчика определяют взаимную зависимость и направление движения тока и магнитной индукции.

Направление вращения буравчика У мирового промышленного производства сложилась традиция массово использовать резьбу с правосторонним направлением навивки. Ее нарезают на винтах, болтах, шурупах, бурах.

При вращении головки крепежного элемента по направлению движения часовой стрелки, которое повторяет перемещения Солнца на небосклоне, происходит завинчивание. Для того чтобы разобрать соединение, необходимо вращать головку в противоположную сторону.

Ее нельзя путать с левосторонней навивкой, используемой, например, газовой промышленностью либо отдельными случаями крепления элементов в машиностроении.

Применение правила На рисунке ниже показано расположение проводника с током, буравчика и магнитных силовых линий.

Определение направления тока по вектору магнитной индукции Если известна ориентация магнитной индукции, образованной от тока, проходящего в кольцевом проводнике, то надо расположить буравчик таким образом, чтобы его поступательное движение совпадало с этим вектором В. Тогда вращение рукоятки укажет на направление тока внутри проводника.

Правило правой руки Эти же соотношения между током и магнитной индукцией можно определить другим способом. Четырьмя пальцами на правой руке обхватывают проводник. При этом большой оттопыренный палец должен указывать направление тока. Тогда остальные пальцы от указательного до мизинца укажут на ориентацию магнитной индукции. Поделитесь с друзьями:.

Физика. 8 класс

Правило буравчика. Для наглядного представления магнитного поля мы пользовались магнитными линиями. Магнитные линии — это воображаемые линии, вдоль которых расположились бы маленькие магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле. На рисунке показано магнитная линия как прямолинейная, так и криволинейная.

Правила левой руки

Магнитное поле тока. Правило буравчика. Также в электродинамике нет физической модели, которая объясняет их смену при смене направления потока энергии. 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.

Мнемонические правила нужны для лёгкого и интуитивного запоминания информации. Обычно это приложение сложных величин и понятий на бытовые и подручные вещи.

Правило левой и правой руки для магнитного поля

Источник: https://s1z.ru/podat-zayavlenie/napravlenie-magnitnogo-polya-pravilo-pravoy-ruki.php

Правило буравчика правой и левой руки простым языком

Во многих задачах, связанных с расчётами электрических величин, важно знать направление линий магнитной индукции относительно электрического тока и наоборот. Сложные расчёты параметров магнитных полей в различных системах также невозможно выполнить без учёта направления векторов.

Для определения ориентации сил и полей на практике часто используют мнемонические правила, одним из которых является правило буравчика, с успехом применяемое в электротехнике.

Определение

В узком понимании, правило буравчика – это мнемонический алгоритм, применяемый для определения пространственного направления магнитной индукции, в зависимости от ориентации электрического тока, возбуждающего магнитное поле.

Данное правило можно сформулировать следующим образом: Если острие буравчика (штопора, винта) направить вдоль вектора тока, то ориентация линий магнитной индукции совпадёт с направлением, в сторону которого вращается ручка буравчика в традиционном исполнении этого инструмента (с правым винтом) [ 1 ] (рис. 1.)

Рис. 1. Правило буравчика для прямого проводника

На рисунке 1 показана схема для простейшего случая: по прямому участку проводника, в сторону от наблюдателя протекает электрический ток (стрелка синего цвета). Условный штопор направлен своим острым концом по вдоль линии по направлению тока. Если представить поступательное движение буравчика вдоль проводника, то направление линий, описываемых рукояткой штопора, совпадут с ориентацией магнитных линий электрического поля.

Главное правило

Рассмотренный нами пример является частным случаем алгоритма буравчика. Существует несколько вариантов формулировок правила, применяемых в различных ситуациях.

Общая, или главная формулировка, позволяет распространить данное правило на все случаи. Это вариант мнемонического правила, используемый для определения ориентации результирующей векторного произведения, называемого аксиальным вектором, а также для выбора связанного с этими векторами правого базиса (трёхмерной системы координат), что позволяет определить знак аксиального вектора.

Примечание: правый базис – условное соглашение, согласно которому выбирается декартовая система координат (положительный базис). Иногда полезно пользоваться зеркальным отражением декартовой системы (левый или отрицательный базис).

Главное правило позволяет определить направление впространстве аксиальных векторов, важных для вычислений:

угловой скорости;
параметров индукционного тока;
магнитной индукции.

Хотяориентация аксиального вектора является условной, она важна для расчётов: придерживаясьпринятого алгоритма выбора, легче производить вычисления, без риска перепутатьзнаки.

Во многих случаях применяют специальные формулировки, хорошо описывающие частные случаи в конкретной ситуации.

Специальные правила

Рассмотрим варианты главного правила буравчика для частных случаев. Применение таких правил часто упрощает процесс вычислений.

Для векторного произведения

Расположите векторы так, чтобы их начальные точки совпадали. Для этой ситуации правило буравчика звучит так:

Если один из векторов сомножителей вращать кратчайшим способом до совпадения направлений со вторым вектором, то буравчик, вращающийся подобным образом, будет завинчиваться в сторону, куда указывает векторное произведение.

По циферблату часов

При расположении векторов способом совпадения их начальных точек можно определить направление вектора-произведения с помощью часовой стрелки. Для этого необходимо мысленно двигать кратчайшим путём один из векторов-сомножителей в сторону другого вектора. Тогда, если смотреть со стороны вращения этого вектора по часовой стрелке, то аксиальный вектор будет направлен вглубь циферблата.

Правила правой руки, для произведения векторов

Существует два варианта правила.

Первый вариант:

Если согнутые пальцы правой руки направить в сторону кратчайшего пути для совмещения вектора-сомножителя с другим сомножителем (векторы выходят из одной точки), то отведенный в сторону большой палец укажет направление аксиального вектора.

Второй вариант:

Если правую ладонь расположить таким образом, чтобы получилось совпадение большого пальца с первым вектором-сомножителем, а указательного – со вторым, то отведённый в сторону средний палец совпадёт с направлением вектора произведения.

Для базисов

Перечисленные выше правила применяются также для базисов.

Например, правило буравчика для правого базиса можно записать так:

При вращении ручки буравчика и векторов таким образом, чтобы первый базисный вектор по кратчайшему пути стремился ко второму, то штопор будет завинчиваться в сторону третьего базисного вектора.

Указанные правила универсальны. Их можно переписать для механики с целью определения векторов:

механического вращения (определение угловой скорости);
момента приложенных сил;
момента импульса.

Правила буравчика применяются также для уравнений Максвелла, что усиливает их универсальность.

Правило левой руки

Вэлектротехнике довольно часто возникают вопросы, связанные с определением силыАмпера. Для решения задач подобного рода применяется алгоритм, называемый правиломлевой руки (иллюстрация на рис. 4) – мнемоническое правило, описывающее способопределения направленности Амперовой силы, выталкивающей точечный заряд либо проводник,по которому протекает электроток.

Алгоритм применения левой руки состоит в следующем: если левую ладонь будут перпендикулярно пронизывать силовые линии, а пальцы расположатся по направлению тока, то действующие на проводник силы будут устремляться в сторону, куда указывает оттопыренный большой палец.

Рис. 4. Сила Ампера

Интерпретация для точечного заряда

Заметим, что сформулированное правило справедливо для решения задач по определению ориентации силы Лоренца. Перефразируем правило: если ладонь левой руки поместить в магнитное поле таким образом, чтобы линии индукции перпендикулярно входили в неё, а выпрямленные пальцы направить в сторону движения положительного заряда, тонаправление вектора силы Лоренца совпадёт с отставленным на 90º большим пальцем.

Визуальная интерпретация правила левой руки представлена на рисунке 5. Обратите внимание на то, что алгоритм действий для определения сил Ампера и Лоренца практически одинаков.

Рис. 5. Интерпретация правил левой руки

Примечание: В случае с отрицательным зарядом вытянутые пальцы направляют в сторону, противоположную движению частицы.

Полезные сведения и советы

Общепринято считать, что направление тока указывает в сторону от плюса к минусу. На самом деле, в проводнике упорядоченное перемещение электронов направлено от негативного полюса к позитивному. Поэтому, если бы перед вами стояла задача вычисления силы Лоренца для отдельного электрона в проводнике, следовало бы учитывать данное обстоятельство.
По умолчанию мы рассматриваем винт (буравчик, штопор) с правой резьбой. Однако не следует забывать о существовании винтов с левой резьбой.
При использовании правила часовой стрелки мы принимаем условие о том, что стрелки совершают движение слева направо. Известно, что в бывшем СССР производились часы с обратным ходом часового механизма.
Возможно, такие модели существуют до сегодняшнего дня.

Советы: если вам необходимо определить пространственное расположение момента силы, под действием которой происходит вращение некоего тела – вращайте винт в ту же сторону. Условное врезание винта укажет на ориентацию вектора момента силы.

Скорость вращения тела не влияет на направление вектора.

Полезно знать, что при вращении буравчика по ходу вращения тела, траектория его ввинчивания совпадёт с направлением угловой скорости.

Источник: https://www.asutpp.ru/pravilo-buravchika-prostym-yazykom.html