Untuk waktu yang lama, medan listrik dan magnet dipelajari secara terpisah. Tetapi pada tahun 1820, ilmuwan Denmark Hans Christian Oersted, selama kuliah tentang fisika, menemukan bahwa jarum magnet berputar di dekat konduktor pembawa arus (lihat Gambar 1). Ini membuktikan efek magnetis dari arus. Setelah melakukan beberapa percobaan, Oersted menemukan bahwa putaran jarum magnet bergantung pada arah arus dalam konduktor.

Beras. 1. Pengalaman Oersted

Untuk membayangkan dengan prinsip apa jarum magnet berputar di dekat konduktor pembawa arus, pertimbangkan pandangan dari ujung konduktor (lihat Gambar 2, arus diarahkan ke gambar, - dari gambar), di dekat mana jarum magnet dipasang. Setelah melewati arus, anak panah akan berbaris dengan cara tertentu, kutub yang berlawanan satu sama lain. Karena panah magnet berbaris secara tangensial ke garis magnet, garis magnet dari konduktor langsung dengan arus adalah lingkaran, dan arahnya tergantung pada arah arus dalam konduktor.

Beras. 2. Lokasi panah magnet di dekat konduktor langsung dengan arus

Untuk demonstrasi yang lebih visual dari garis magnetik konduktor dengan arus, percobaan berikut dapat dilakukan. Jika serbuk besi dituangkan di sekitar konduktor dengan arus, maka setelah beberapa saat serbuk, setelah jatuh ke dalam medan magnet konduktor, akan menjadi magnet dan terletak di lingkaran yang menutupi konduktor (lihat Gambar 3).

Beras. 3. Letak serbuk besi disekitar penghantar dengan arus ()

Untuk menentukan arah garis magnet di dekat penghantar berarus, ada aturan gimlet(aturan sekrup kanan) - jika Anda mengencangkan gimlet ke arah arus di konduktor, maka arah rotasi pegangan gimlet akan menunjukkan arah garis Medan gaya arus (lihat Gambar 4).

Beras. 4. Aturan gimlet ()

Anda juga bisa menggunakan aturan tangan kanan- jika Anda mengarahkan ibu jari tangan kanan ke arah arus dalam konduktor, maka empat jari yang ditekuk akan menunjukkan arah garis medan magnet arus (lihat Gambar 5).

Beras. 5. Aturan tangan kanan ()

Kedua aturan ini memberikan hasil yang sama dan dapat digunakan untuk menentukan arah arus di sepanjang arah garis medan magnet.

Setelah ditemukannya fenomena penampakan medan magnet di dekat konduktor berarus, Oersted mengirimkan hasil penelitiannya ke sebagian besar ilmuwan terkemuka di Eropa. Setelah menerima data ini, matematikawan dan fisikawan Prancis Ampere memulai serangkaian eksperimennya dan setelah beberapa saat menunjukkan kepada publik pengalaman interaksi dua konduktor paralel dengan arus. Ampere menemukan bahwa jika dua konduktor paralel mengalir dalam satu arah, maka konduktor tersebut menarik (lihat Gambar 6 b) jika arus mengalir dalam arah yang berlawanan, konduktor menolak (lihat Gambar 6 a).

Beras. 6. Pengalaman ampere ()

Ampere menarik kesimpulan berikut dari eksperimennya:

1. Ada medan magnet di sekitar magnet, atau konduktor, atau partikel bergerak bermuatan listrik.

2. Medan magnet bekerja dengan gaya tertentu pada partikel bermuatan yang bergerak dalam medan ini.

3. Arus listrik adalah gerakan terarah dari partikel bermuatan, sehingga medan magnet bekerja pada penghantar pembawa arus.

Gambar 7 menunjukkan persegi panjang kawat, arah arus yang ditunjukkan oleh panah. Menggunakan aturan gimlet, gambar satu garis magnet di dekat sisi persegi panjang, yang menunjukkan arahnya dengan panah.

Beras. 7. Ilustrasi masalah

Keputusan

Di sepanjang sisi persegi panjang (bingkai konduktif), kami memasang gimlet imajiner ke arah arus.

Di dekat sisi kanan bingkai, garis-garis magnet akan keluar dari pola di sebelah kiri konduktor dan memasuki bidang pola di sebelah kanannya. Ini ditunjukkan oleh aturan panah sebagai titik di sebelah kiri konduktor dan tanda silang di sebelah kanannya (lihat Gambar 8).

Demikian pula, kami menentukan arah garis magnet di dekat sisi lain dari bingkai.

Beras. 8. Ilustrasi untuk masalah

Percobaan Ampere, di mana jarum magnet dipasang di sekitar kumparan, menunjukkan bahwa ketika arus mengalir melalui kumparan, panah ke ujung solenoid dipasang dengan kutub yang berbeda di sepanjang garis imajiner (lihat Gambar 9). Fenomena ini menunjukkan bahwa ada medan magnet di dekat kumparan dengan arus, dan juga bahwa solenoida memiliki kutub magnet. Jika Anda mengubah arah arus dalam kumparan, jarum magnet akan berputar.

Beras. 9. Pengalaman Ampere. Pembentukan medan magnet di dekat kumparan dengan arus

Untuk menentukan kutub magnet kumparan dengan arus yang digunakan aturan tangan kanan untuk solenoida(lihat Gambar 10) - jika Anda memegang solenoida dengan telapak tangan kanan Anda, menunjuk empat jari ke arah arus dalam belokan, maka ibu jari akan menunjukkan arah garis medan magnet di dalam solenoida, yang adalah, ke kutub utaranya. Aturan ini memungkinkan Anda untuk menentukan arah arus dalam belitan koil berdasarkan lokasi kutub magnetnya.

Beras. 10. Aturan tangan kanan untuk solenoida dengan arus

Tentukan arah arus dalam kumparan dan kutub-kutub pada sumber arus jika kutub magnet yang ditunjukkan pada Gambar 11 terjadi selama aliran arus dalam kumparan.

Beras. 11. Ilustrasi untuk masalah

Keputusan

Menurut aturan tangan kanan untuk solenoida, lilitkan di sekeliling kumparan sehingga ibu jari menunjuk ke kutub utaranya. Empat jari yang ditekuk akan menunjukkan arah arus ke bawah konduktor, oleh karena itu, kutub kanan sumber arus adalah positif (lihat Gambar 12).

Beras. 12. Ilustrasi untuk masalah

Dalam pelajaran ini, kami memeriksa fenomena terjadinya medan magnet di dekat konduktor pembawa arus searah dan kumparan pembawa arus (solenoid). Aturan untuk menemukan garis magnet medan ini juga dipelajari.

Bibliografi

1. A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. Fisika 9. - Bustard, 2006.
2. G.N. Stepanova. Kumpulan masalah dalam fisika. - M.: Pencerahan, 2001.
3. A. Fadeeva. Tes fisika (kelas 7 - 11). -M., 2002.
4. V. Grigoriev, G. Myakishev Pasukan di alam. - M.: Nauka, 1997.

Pekerjaan rumah

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

Bagi mereka yang tidak pandai fisika di sekolah, aturan gimlet masih menjadi “terra incognita” yang nyata hingga saat ini. Apalagi jika Anda mencoba mencari definisi undang-undang terkenal di Web: mesin pencari akan segera mengeluarkan banyak hal yang rumit. penjelasan ilmiah bersama skema yang kompleks. Namun, sangat mungkin untuk menjelaskan secara singkat dan jelas apa isinya.

Apa aturan gimlet?

Gimlet - alat untuk mengebor lubang

Kedengarannya seperti ini: dalam kasus di mana arah gimlet bertepatan dengan arah arus di konduktor selama gerakan translasi, maka pada saat yang sama arah putaran pegangan gimlet akan identik dengannya.

Mencari arah

Untuk memahami, Anda masih harus ingat pelajaran sekolah. Pada mereka, guru fisika memberi tahu kami bahwa arus listrik adalah pergerakan partikel dasar, yang pada saat yang sama membawa muatannya sepanjang bahan konduktif. Karena sumbernya, pergerakan partikel dalam konduktor diarahkan. Gerakan, seperti yang Anda tahu, adalah kehidupan, dan karena itu di sekitar konduktor tidak ada apa-apa selain medan magnet, dan itu juga berputar. Tapi bagaimana caranya?

Aturan inilah yang memberikan jawaban (tanpa menggunakan alat khusus), dan hasilnya ternyata sangat berharga, karena, tergantung pada arah medan magnet, beberapa konduktor mulai bertindak sesuai dengan skenario yang sama sekali berbeda: baik saling tolak, atau, sebaliknya, bergegas menuju.

Penggunaan

Cara termudah untuk menentukan jalur pergerakan garis medan magnet adalah dengan menerapkan aturan gimlet

Anda dapat membayangkannya seperti ini - menggunakan contoh tangan kanan Anda sendiri dan kawat paling biasa. Kami meletakkan kawat di tangan kami. Kepalkan empat jari dengan erat menjadi kepalan tangan. Jempol menunjuk ke atas, seperti isyarat yang kita gunakan untuk menunjukkan bahwa kita menyukai sesuatu. Dalam "tata letak" ini, ibu jari akan dengan jelas menunjukkan arah arus, sedangkan empat lainnya akan menunjukkan jalur garis medan magnet.

Aturan itu cukup berlaku dalam kehidupan. Fisikawan membutuhkannya untuk menentukan arah medan magnet arus, menghitung kecepatan rotasi mekanis, vektor induksi magnet, dan momen gaya.

Ngomong-ngomong, tentang fakta bahwa aturan itu paling banyak berlaku situasi yang berbeda Ia juga mengatakan bahwa ada beberapa interpretasi sekaligus - tergantung pada kasus yang sedang dipertimbangkan.

Banyak yang telah dilakukan sejak penemuan listrik. karya ilmiah dalam fisika untuk mempelajari karakteristik, fitur, dan pengaruhnya terhadap lingkungan. Aturan gimlet telah berkontribusi jejak yang signifikan dalam studi medan magnet, hukum tangan kanan untuk belitan silinder kawat memungkinkan Anda untuk lebih memahami proses yang terjadi di solenoida, dan aturan tangan kiri mencirikan gaya yang mempengaruhi konduktor dengan arus. Berkat tangan kanan dan kiri, serta teknik mnemonik, pola-pola ini dapat dengan mudah dipelajari dan dipahami.

prinsip gimlet

Untuk waktu yang cukup lama, karakteristik medan magnet dan listrik dipelajari secara terpisah oleh fisika. Namun, pada tahun 1820, secara tidak sengaja, ilmuwan Denmark Hans Christian Oersted menemukan sifat magnetik kawat dengan listrik selama kuliah fisika di universitas. Ketergantungan orientasi jarum magnet pada arah aliran arus dalam konduktor juga ditemukan.

Eksperimen yang dilakukan membuktikan adanya medan dengan karakteristik magnetik di sekitar kawat berarus, di mana jarum magnet atau kompas bereaksi. Orientasi aliran “perubahan” tersebut membuat jarum kompas berputar berlawanan arah, panah itu sendiri terletak bersinggungan dengan medan elektromagnetik.

Untuk mengidentifikasi orientasi aliran elektromagnetik, digunakan aturan gimlet, atau hukum sekrup kanan, yang menyatakan bahwa, dengan memasang sekrup di sepanjang aliran arus listrik di shunt, cara pegangan diputar. akan mengatur orientasi aliran EM dari latar belakang "perubahan".

Dimungkinkan juga untuk menggunakan aturan tangan kanan Maxwell: ketika jari tangan kanan yang ditarik diorientasikan sepanjang aliran listrik, maka jari-jari tangan yang tersisa akan menunjukkan orientasi medan elektromagnetik.

Dengan menggunakan dua prinsip ini, efek yang sama akan diperoleh, digunakan untuk menentukan fluks elektromagnetik.

Hukum tangan kanan untuk solenoida

Prinsip sekrup yang dipertimbangkan atau keteraturan Maxwell untuk tangan kanan berlaku untuk kawat lurus berarus. Namun, dalam teknik elektro ada perangkat di mana konduktor tidak terletak lurus, dan hukum sekrup tidak berlaku untuk itu. Pertama-tama, ini berlaku untuk induktor dan solenoida. Solenoid, sebagai sejenis induktor, adalah belitan kawat berbentuk silinder, yang panjangnya berkali-kali lebih besar dari diameter solenoida. Induktor induktor berbeda dari solenoida hanya dalam panjang konduktor itu sendiri, yang bisa beberapa kali lebih kecil.

matematikawan Prancis dan Fisika A-M. Ampère, berkat eksperimennya, menemukan dan membuktikan bahwa ketika arus listrik melewati choke induktansi, penunjuk kompas di ujung belitan silinder kawat memutar ujung sebaliknya di sepanjang aliran medan EM yang tak terlihat. Eksperimen semacam itu membuktikan bahwa medan magnet terbentuk di dekat induktor dengan arus, dan belitan silinder dari kawat membentuk kutub magnet. Medan elektromagnetik yang dieksitasi oleh arus listrik belitan silinder kawat mirip dengan medan magnet magnet permanen - ujung belitan silinder kawat, dari mana fluks EM keluar, mewakili kutub utara, dan ujung yang berlawanan adalah selatan.

Untuk mengenali kutub magnet dan orientasi garis EM pada induktor dengan arus, digunakan aturan tangan kanan untuk solenoida. Dikatakan bahwa jika Anda mengambil gulungan ini dengan tangan Anda, letakkan jari-jari telapak tangan secara langsung dalam aliran elektron secara bergantian, ibu jari, dipindahkan sembilan puluh derajat, akan mengatur orientasi latar belakang elektromagnetik di tengah solenoida - kutub utaranya. Dengan demikian, mengetahui posisi kutub magnet dari belitan silinder kawat, dimungkinkan untuk menentukan jalur aliran elektron dalam belokan.

hukum tangan kiri

Hans Christian Oersted, setelah menemukan fenomena medan magnet di dekat shunt, dengan cepat membagikan hasilnya kepada sebagian besar ilmuwan di Eropa. Akibatnya, Ampere A.-M., menggunakan metodenya, setelah waktu yang singkat mengungkapkan kepada publik sebuah eksperimen tentang perilaku spesifik dua shunt paralel dengan arus listrik. Rumusan percobaan membuktikan bahwa kabel yang ditempatkan secara paralel, yang melaluinya listrik mengalir dalam satu arah, saling bergerak menuju satu sama lain. Dengan demikian, shunt semacam itu akan saling tolak, asalkan "perubahan" yang mengalir di dalamnya akan didistribusikan ke arah yang berbeda. Eksperimen ini membentuk dasar hukum Ampere.

Tes memungkinkan kami untuk menyuarakan kesimpulan utama:

1. Magnet permanen, konduktor "reversibel", partikel bergerak bermuatan listrik memiliki wilayah EM di sekitarnya;
2. Partikel bermuatan yang bergerak di wilayah ini dipengaruhi oleh latar belakang EM;
3. "Pembalikan" listrik adalah gerakan berorientasi partikel bermuatan, masing-masing, latar belakang elektromagnetik bekerja pada shunt dengan listrik.

Latar belakang EM mempengaruhi shunt dengan "perubahan" dari beberapa jenis tekanan yang disebut gaya Ampere. Karakteristik ini dapat ditentukan dengan rumus:

FA=IBΔlsinα, dimana:

• FA adalah gaya Ampere;
• I adalah intensitas listrik;
• B adalah vektor modulo induksi magnetik;
• l adalah ukuran shunt;
• adalah sudut antara arah B dan arah arus listrik dalam kawat.

Asalkan sudut adalah sembilan puluh derajat, maka gaya ini adalah yang terbesar. Dengan demikian, jika sudut ini nol, maka gayanya nol. Kontur gaya ini diungkapkan oleh pola tangan kiri.

Jika Anda mempelajari aturan gimlet dan aturan tangan kiri, Anda akan mendapatkan semua jawaban tentang pembentukan medan EM dan pengaruhnya terhadap konduktor. Berkat aturan ini, dimungkinkan untuk menghitung induktansi kumparan dan, jika perlu, membentuk arus berlawanan. Prinsip konstruksi motor listrik didasarkan pada gaya Ampere secara umum dan aturan tangan kiri pada khususnya.

Video

Dengan bantuan aturan tangan kiri dan kanan, seseorang dapat dengan mudah menemukan dan menentukan arah arus, garis magnet, serta besaran fisika lainnya.

Gimlet dan aturan tangan kanan

Aturan gimlet pertama kali dirumuskan oleh fisikawan terkenal Peter Gimlet. Lebih mudah untuk menggunakannya untuk menentukan arah ketegangan. Jadi, kata-kata aturannya adalah sebagai berikut: dalam kasus ketika gimlet, bergerak maju, disekrup ke arah arus listrik, arah pegangan gimlet itu sendiri harus sesuai dengan arah medan magnet. Aturan ini dapat digunakan dengan solenoida: kita ambil solenoida, jari-jari harus menunjuk ke tempat yang sama dengan arus, yaitu menunjukkan jalur arus secara bergantian, lalu menjulurkan ibu jari tangan kanan, itu menunjuk ke jalur yang diinginkan dari garis induksi magnetik.

Menurut statistik, aturan tangan kanan lebih sering digunakan daripada aturan gimlet, sebagian karena kata-kata yang lebih mudah dipahami, dikatakan: kita meraih objek dengan tangan kanan, sedangkan jari-jari tangan yang terkepal seharusnya menunjukkan arah garis magnet, dan ibu jari yang menonjol kira-kira 90 derajat seharusnya menunjukkan arah arus listrik. Jika ada konduktor yang bergerak: tangan harus diputar sehingga garis gaya medan ini tegak lurus terhadap telapak tangan (90 derajat), ibu jari yang menonjol harus menunjuk ke jalur konduktor, maka 4 jari yang ditekuk akan menunjukkan jalur arus induksi.

aturan tangan kiri

Aturan tangan kiri memiliki dua formulasi. Rumusan pertama berbunyi: tangan harus diletakkan sedemikian rupa sehingga sisa jari-jari tangan yang tertekuk menunjukkan jalur arus listrik dalam penghantar ini, garis-garis induksi harus tegak lurus dengan telapak tangan, dan ibu jari kiri yang dijulurkan menunjukkan gaya yang bekerja. pada konduktor ini. Kata-kata berikut mengatakan: empat jari yang ditekuk, kecuali ibu jari, terletak tepat di sepanjang pergerakan arus listrik bermuatan negatif atau positif, dan garis induksi harus diarahkan tegak lurus (90 derajat) ke telapak tangan, dalam hal ini, besar dalam hal ini harus menunjukkan aliran gaya Ampere atau gaya Lorentz.