Multă vreme, câmpurile electrice și magnetice au fost studiate separat. Dar în 1820, omul de știință danez Hans Christian Oersted, în timpul unei prelegeri despre fizică, a descoperit că acul magnetic se rotește în apropierea unui conductor care transportă curent (vezi Fig. 1). Aceasta a dovedit efectul magnetic al curentului. După ce a efectuat mai multe experimente, Oersted a descoperit că rotația acului magnetic depinde de direcția curentului din conductor.

Orez. 1. Experimentul lui Oersted

Pentru a ne imagina principiul prin care acul magnetic se rotește în apropierea unui conductor cu curent, luați în considerare vederea de la capătul conductorului (vezi Fig. 2, curentul este direcționat în figură, - din figură), lângă care sunt instalate ace magnetice. După trecerea curentului, săgețile se vor alinia într-un anumit fel, cu poli opuși unul față de celălalt. Deoarece săgețile magnetice sunt aliniate tangente la liniile magnetice, liniile magnetice ale unui conductor drept cu curent sunt cercuri, iar direcția lor depinde de direcția curentului în conductor.

Orez. 2. Amplasarea acelor magnetice lângă un conductor drept cu curent

Pentru a demonstra mai clar liniile magnetice ale unui conductor care poartă curent, se poate efectua următorul experiment. Dacă în jurul unui conductor purtător de curent se toarnă pilitură de fier, atunci după un timp pilitura, odată ajunsă în câmpul magnetic al conductorului, va fi magnetizată și aranjată în cercuri care înconjoară conductorul (vezi Fig. 3).

Orez. 3. Dispunerea piliturii de fier în jurul unui conductor de curent ()

Pentru a determina direcția liniilor magnetice în apropierea unui conductor care poartă curent, există regula gimlet(regula șurubului din dreapta) - dacă înșurubați un gimlet în direcția curentului din conductor, atunci sensul de rotație al mânerului gimlet va indica direcția liniilor camp magnetic curent (vezi fig. 4).

Orez. 4. Regula Gimlet ()

De asemenea, puteți utiliza regulă mana dreapta - dacă îndreptați degetul mare al mâinii drepte în direcția curentului din conductor, atunci patru degete îndoite vor indica direcția liniilor de câmp magnetic ale curentului (vezi Fig. 5).

Orez. 5. Regula pentru mâna dreaptă ()

Ambele reguli dau același rezultat și pot fi utilizate pentru a determina direcția curentului în direcția liniilor câmpului magnetic.

După ce a descoperit fenomenul apariției unui câmp magnetic în apropierea unui conductor care transportă curent, Oersted a trimis rezultatele cercetărilor sale către majoritatea oamenilor de știință de seamă din Europa. După ce a primit aceste date, matematicianul și fizicianul francez Ampere și-a început seria de experimente și, după un timp, a demonstrat publicului experiența sa de interacțiune a doi conductori paraleli cu curentul. Ampere a stabilit că, dacă un curent electric curge într-o direcție prin doi conductori paraleli, atunci astfel de conductori se atrag (vezi Fig. 6 b) dacă curentul circulă în părți opuse- conductoarele resping (vezi Fig. 6 a).

Orez. 6. Experimentul lui Ampere ()

Din experimentele sale, Ampere a tras următoarele concluzii:

1. Există un câmp magnetic în jurul unui magnet, sau a unui conductor sau a unei particule în mișcare încărcate electric.

2. Un câmp magnetic acționează cu o anumită forță asupra unei particule încărcate care se mișcă în acest câmp.

3. Curentul electric este mișcarea direcționată a particulelor încărcate, deci un câmp magnetic acționează asupra unui conductor care poartă curent.

Figura 7 prezintă un dreptunghi de sârmă, direcția curentului în care este indicată prin săgeți. Folosind regula gimlet, trageți o linie magnetică lângă părțile laterale ale dreptunghiului, indicând direcția acestuia cu o săgeată.

Orez. 7. Ilustrație pentru problema

Soluţie

Înșurubam un braț imaginar de-a lungul laturilor dreptunghiului (cadru conductor) în direcția curentului.

Aproape de partea dreaptă a cadrului, liniile magnetice vor ieși din modelul din stânga conductorului și vor intra în planul modelului din dreapta acestuia. Acest lucru este indicat de regula săgeată sub forma unui punct în stânga conductorului și a unei cruci în dreapta acestuia (vezi Fig. 8).

În mod similar, determinăm direcția liniilor magnetice în apropierea celorlalte părți ale cadrului.

Orez. 8. Ilustrație pentru problema

Experimentul lui Ampere, în care au fost instalate săgeți magnetice în jurul bobinei, a arătat că atunci când curentul a trecut prin bobină, săgețile până la capetele solenoidului au fost instalate cu poli diferiți de-a lungul liniilor imaginare (vezi Fig. 9). Acest fenomen a arătat că în apropierea bobinei purtătoare de curent există un câmp magnetic și, de asemenea, că solenoidul are poli magnetici. Dacă schimbați direcția curentului din bobină, acele magnetice se vor inversa.

Orez. 9. Experimentul lui Ampere. Formarea unui câmp magnetic în apropierea unei bobine cu curent

Pentru determinare poli magnetici se folosesc bobine de curent regulă pentru mâna dreaptă pentru solenoid(vezi Fig. 10) - dacă strângeți solenoidul cu palma mâinii drepte, arătând cu patru degete în direcția curentului în viraje, atunci degetul mare va arăta direcția liniilor câmpului magnetic din interiorul solenoidului, că este, la polul său nord. Această regulă vă permite să determinați direcția curentului în spirele bobinei prin locația polilor săi magnetici.

Orez. 10. Regulă din dreapta pentru un solenoid purtător de curent

Determinați direcția curentului în bobină și polii la sursa de curent dacă, atunci când curentul trece prin bobină, apar polii magnetici indicați în figura 11.

Orez. 11. Ilustrație pentru problema

Soluţie

Conform regulii mâinii drepte pentru solenoid, vom apuca bobina astfel încât degetul mare să fie îndreptat către polul său nord. Cele patru degete îndoite vor indica direcția curentului în josul conductorului, prin urmare polul drept al sursei de curent este pozitiv (vezi Fig. 12).

Orez. 12. Ilustrație pentru problema

În această lecție, am examinat fenomenul apariției unui câmp magnetic lângă un conductor drept cu curent și o bobină cu curent (solenoid). Au fost studiate și regulile de găsire a liniilor magnetice ale acestor câmpuri.

Bibliografie

1. A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. Fizica 9. - Dropia, 2006.
2. G.N. Stepanova. Culegere de probleme de fizică. - M.: Educație, 2001.
3. A. Fadeeva. Teste de fizică (clasele 7 - 11). - M., 2002.
4. V. Grigoriev, G. Myakishev Forțele în natură. - M.: Nauka, 1997.

Teme pentru acasă

1. Portalul de internet Clck.ru ().
2. Portalul de internet Class-fizika.narod.ru ().
3. Portalul de internet Festival.1september.ru ().

Pentru cei care nu erau buni la fizică la școală, regula gimlet este încă o adevărată „terra incognita” și astăzi. Mai ales dacă încercați să găsiți o definiție a unei legi celebre pe Internet: motoare de căutare ei vor da imediat o mulțime de înșelători explicatii stiintifice cu circuite complexe. Cu toate acestea, este foarte posibil să explici pe scurt și clar despre ce este vorba.

Care este regula gimlet?

Gimlet - un instrument pentru găurirea

Sună așa:în cazurile în care direcţia girletului coincide cu direcţia curentului în conductor în timpul mișcări de translație, atunci, în același timp, sensul de rotație al mânerului gimlet va fi identic cu acesta.

Caut directie

Ca să-ți dai seama, mai trebuie să-ți amintești lecții școlare. Pe ele, profesorii de fizică ne-au spus că curentul electric este mișcare. particule elementare, care în același timp își poartă sarcina de-a lungul materialului conductor. Datorită sursei, mișcarea particulelor în conductor este direcționată. Mișcarea, după cum știm, este viață și, prin urmare, nu apare nimic mai mult decât un câmp magnetic în jurul conductorului și, de asemenea, se rotește. Dar cum?

Răspunsul este dat chiar de această regulă (fără a folosi instrumente speciale), iar rezultatul se dovedește a fi foarte valoros, deoarece, în funcție de direcția câmpului magnetic, câțiva conductori încep să acționeze conform unor scenarii complet diferite: fie respinge-te unul pe celălalt sau, dimpotrivă, repezi unul spre celălalt.

Utilizare

Cea mai ușoară modalitate de a determina calea de mișcare a liniilor de câmp magnetic este de a folosi regula gimlet

Vă puteți imagina astfel - folosind exemplul propriei mâini drepte și cel mai obișnuit fir. Ne punem firul în mână. Strângem strâns patru degete într-un pumn. Degetul mare arată în sus – ca un gest prin care demonstrăm că ne place ceva. În acest „aspect”, degetul mare va indica în mod clar direcția de mișcare a curentului, în timp ce celelalte patru indică calea de mișcare a liniilor câmpului magnetic.

Regula este destul de aplicabilă în viață. Fizicienii au nevoie de el pentru a determina direcția câmpului magnetic al curentului, pentru a calcula viteza de rotație mecanică, vectorul de inducție magnetică și cuplul.

Apropo, despre faptul că regula se aplică celor mai mulți situatii diferite De asemenea, se spune că există mai multe interpretări ale acesteia deodată - în funcție de fiecare caz specific luat în considerare.

S-au făcut multe de la crearea energiei electrice. munca stiintificaîn fizică pentru a-i studia caracteristicile, trăsăturile și influența asupra mediu inconjurator. Regula gimlet a contribuit urmă semnificativăÎn studiul câmpului magnetic, legea din dreapta pentru o înfășurare cilindrică a unui fir ne permite să înțelegem mai bine procesele care au loc în solenoid, iar regula din stânga caracterizează forțele care afectează conductorul purtător de curent. Datorită mâinii drepte și stângi, precum și mnemotecilor, aceste modele pot fi învățate și înțelese cu ușurință.

Principiul gimletului

Pentru o perioadă destul de lungă magnetică și caracteristici electrice Câmpurile au fost studiate separat de fizică. Cu toate acestea, în 1820, din întâmplare, omul de știință danez Hans Christian Oersted a descoperit proprietăți magnetice fire cu electricitate în timpul unei prelegeri de fizică la universitate. S-a descoperit și dependența orientării acului magnetic de direcția curgerii curentului în conductor.

Experimentul demonstrează prezența unui câmp cu caracteristici magnetice în jurul unui fir purtător de curent, la care reacționează un ac sau un compas magnetizat. Orientarea „schimbării” face ca acul busolei să se rotească în direcții opuse; acul însuși este situat tangent la câmpul electromagnetic.

Pentru a identifica orientarea fluxurilor electromagnetice, se folosește regula gimletului sau legea șurubului drept, care prevede că la înșurubarea unui șurub de-a lungul cursului fluxului de curent electric în șunt, calea de rotire a mânerului va seta orientarea fluxurilor EM ale „schimbarii” de fundal.

De asemenea, este posibil să folosiți regula lui Maxwell a mâinii drepte: atunci când degetul retras al mâinii drepte este orientat de-a lungul cursului fluxului de electricitate, atunci degetele închise rămase vor arăta orientarea câmpului electromagnetic.

Folosind aceste două principii, se va obține același efect, folosit pentru determinarea fluxurilor electromagnetice.

Legea mâinii drepte pentru solenoid

Principiul șurubului considerat sau legea lui Maxwell pentru mâna dreaptă este aplicabil unui fir drept cu curent. Cu toate acestea, în inginerie electrică există dispozitive în care conductorul nu este amplasat rectiliniu, iar legea șurubului nu este aplicabilă pentru acesta. În primul rând, aceasta se referă la inductori și solenoizi. Un solenoid, ca tip de inductor, este o înfășurare cilindrică de sârmă, a cărei lungime este de multe ori mai mare decât diametrul solenoidului. Un șoc de inductanță diferă de un solenoid numai prin lungimea conductorului în sine, care poate fi de câteva ori mai mică.

specialist francez în matematică şi fizica A-M. Ampere, datorită experimentelor sale, a învățat și a dovedit că, atunci când inductanța unui curent electric a trecut prin șocul de inductanță, indicatoarele busolei de la capetele înfășurării cilindrice a firului se învârteau cu capetele lor opuse de-a lungul fluxurilor invizibile ale câmpului EM. . Astfel de experimente au demonstrat că un câmp magnetic se formează în apropierea unui inductor care transportă curent, iar o înfășurare cilindrică de sârmă formează poli magnetici. Câmpul electromagnetic excitat de curentul electric al unei înfășurări cilindrice a unui fir este similar cu câmpul magnetic al unui magnet permanent - capătul înfășurării cilindrice a unui fir din care ies fluxuri EM afișează polul nord, iar capătul opus este sudul.

Pentru a recunoaște polii magnetici și orientarea liniilor EM într-un inductor care poartă curent, utilizați regula din dreapta pentru solenoid. Se spune că dacă luați această bobină cu mâna, plasați degetele palmei direct de-a lungul cursului fluxului de electroni în viraje, degetul mare, mișcat cu nouăzeci de grade, va stabili orientarea fundalului electromagnetic în mijlocul solenoidului. - polul său nord. În consecință, cunoscând poziția polilor magnetici ai unei înfășurări de sârmă cilindrice, este posibil să se determine calea fluxului de electroni în spire.

Legea mâinii stângi

Hans Christian Oersted, după ce a descoperit fenomenul unui câmp magnetic în apropierea unui șunt, și-a împărtășit rapid rezultatele cu majoritatea oamenilor de știință din Europa. Drept urmare, Amper A.-M., folosind metodele sale, după o scurtă perioadă de timp a prezentat publicului un experiment privind comportamentul specific a două șunturi paralele cu curent electric. Formularea experimentului a dovedit că firele plasate în paralel, prin care curentul electric circulă într-o direcție, se deplasează reciproc unul către celălalt. În consecință, astfel de șunturi se vor respinge reciproc, cu condiția ca „schimbarea” care are loc în ele să fie distribuită în direcții diferite. Aceste experimente au stat la baza legilor lui Ampere.

Testele ne permit să exprimăm principalele concluzii:

1. Un magnet permanent, un conductor cu o „schimbare”, o particulă în mișcare încărcată electric au o regiune EM în jurul lor;
2. O particulă încărcată care se mișcă în această regiune este supusă unei anumite influențe din partea fondului EM;
3. „Schimbarea” electrică este mișcarea orientată a particulelor încărcate; în consecință, fondul electromagnetic afectează șuntul cu electricitate.

Fondul EM afectează șuntul cu o „schimbare” a unei anumite presiuni numită forță Amperi. Această caracteristică poate fi determinată prin formula:

FA=IBΔlsinα, unde:

• FA – Forța Amperi;
• I – intensitatea energiei electrice;
• B – vector de modul de inducție magnetică;
• Δl – dimensiunea șuntului;
• α este unghiul dintre direcția B și cursul electricității în fir.

Cu condiția ca unghiul α să fie de nouăzeci de grade, atunci această forță este cea mai mare. În consecință, dacă acest unghi este zero, atunci forța este zero. Conturul acestei forțe este dezvăluit de modelul mâinii stângi.

Dacă studiați regula gimletului și regula mâinii stângi, veți obține toate răspunsurile la formarea câmpurilor EM și efectul acestora asupra conductorilor. Datorită acestor reguli, este posibil să se calculeze inductanța bobinelor și, dacă este necesar, să se formeze contracurenți. Principiul construcției motoarelor electrice se bazează pe forțele Ampere în general și pe regula stângii în special.

Video

Folosind regulile mâinii stângi și drepte, puteți găsi și determina cu ușurință direcțiile curentului, liniile magnetice și alte cantități fizice.

Gimlet și regulă pentru mâna dreaptă

Regula gimlet a fost formulată pentru prima dată de celebrul fizician Peter Buravchik. Este convenabil de utilizat pentru a determina direcția tensiunii. Deci, formularea regulii este după cum urmează: în cazul în care un braț, care se mișcă translațional, este înșurubat în direcția curent electric, direcția mânerului brațului în sine trebuie să coincidă cu direcția câmpului magnetic. Această regulă poate fi folosit cu un solenoid: prindem solenoidul, degetele noastre ar trebui să îndrepte în aceeași direcție cu curentul, adică să arate calea curentului în viraje, apoi scoatem degetul mare al mâinii noastre drepte, acesta arată la traseul dorit al liniilor de inducție magnetică.

Regula mâinii drepte este folosită conform statisticilor mult mai des decât regula braței, parțial datorită unei formulări mai înțelese, spune: apucăm obiectul cu mâna dreaptă, în timp ce degetele strânse ale pumnului ar trebui să arate direcția liniilor magnetice, iar degetul mare proeminent cu aproximativ 90 de grade ar trebui să arate direcția curentului electric. Dacă există un conductor în mișcare: mâna trebuie întoarsă astfel încât liniile de forță ale acestui câmp să fie perpendiculare pe palmă (90 de grade), degetul mare proeminent ar trebui să indice calea de mișcare a conductorului, apoi 4 degete îndoite indică calea curentului de inducție.

Regula pentru mâna stângă

Regula stângii are două formulări. Prima formulă spune: mâna trebuie poziționată astfel încât degetele ondulate rămase ale mâinii să indice calea curentului electric într-un conductor dat, liniile de inducție trebuie să fie perpendiculare pe palmă, iar degetul mare întins al mâinii stângi să indice forța exercitată asupra unui conductor dat. Următoarea formulare arată: cele patru degete îndoite ale mâinii, în plus față de degetul mare, sunt situate exact în funcție de mișcarea curentului electric încărcat negativ sau pozitiv, iar liniile de inducție trebuie îndreptate perpendicular (90 de grade) în palmă. , în acest caz, degetul mare expus în acest caz ar trebui să indice forțele de curgere Ampere sau forțele Lorentz.