Obrázek 99 ukazuje směr drátěného obdélníku. Směr proudu a směr jeho magnetických siločar (Zaritsky A.N.). Co lze určit pomocí pravidla pravé ruky?

Po dlouhou dobu byla elektrická a magnetická pole studována odděleně. Ale v roce 1820 dánský vědec Hans Christian Oersted během přednášky o fyzice zjistil, že magnetická střelka se otáčí v blízkosti vodiče, kterým prochází proud (viz obr. 1). To prokázalo magnetický účinek proudu. Po provedení několika experimentů Oersted zjistil, že rotace magnetické jehly závisí na směru proudu ve vodiči.

Rýže. 1. Oerstedův experiment

Abychom si představili princip, jakým se magnetická střelka otáčí v blízkosti vodiče s proudem, uvažujme pohled z konce vodiče (viz obr. 2, proud směřuje do obr., - z obr.), v blízkosti kterého jsou instalovány magnetické jehly. Po průchodu proudu se šipky určitým způsobem seřadí s opačnými póly vůči sobě. Protože magnetické šipky se řadí tečně k magnetickým čarám, magnetické čáry přímého vodiče s proudem jsou kruhy a jejich směr závisí na směru proudu ve vodiči.

Rýže. 2. Umístění magnetických jehel v blízkosti přímého vodiče s proudem

Pro názornější ukázku magnetické čáry vodič s proudem, můžete provést následující experiment. Pokud se železné piliny nasypou kolem vodiče s proudem, pak se po nějaké době tyto piliny, jakmile se dostanou do magnetického pole vodiče, zmagnetizují a uspořádají do kruhů, které vodič obklopují (viz obr. 3).

Rýže. 3. Uspořádání železných pilin kolem vodiče s proudem ()

Pro určení směru magnetických čar v blízkosti vodiče s proudem existuje gimlet pravidlo(pravidlo pravého šroubu) - pokud zašroubujete gimlet ve směru proudu ve vodiči, pak směr otáčení rukojeti gimlet bude udávat směr čar magnetické pole proudu (viz obr. 4).

Rýže. 4. Pravidlo Gimlet ()

Můžete také použít pravidlo pravé ruky- pokud palec pravé ruky ukážete ve směru proudu ve vodiči, pak čtyři ohnuté prsty naznačí směr magnetických siločar proudu (viz obr. 5).

Rýže. 5. Pravidlo pravé ruky ()

Obě tato pravidla dávají stejný výsledek a lze je použít k určení směru proudu ve směru siločar magnetického pole.

Poté, co Oersted objevil fenomén vzniku magnetického pole v blízkosti vodiče přenášejícího proud, zaslal výsledky svého výzkumu většině předních vědců v Evropě. Francouzský matematik a fyzik Ampere po obdržení těchto údajů zahájil sérii experimentů a po nějaké době ukázal veřejnosti své zkušenosti s interakcí dvou paralelní vodiče s proudem. Ampere zjistil, že pokud elektrický proud protéká jedním směrem dvěma paralelními vodiči, pak se tyto vodiče přitahují (viz obr. 6b), pokud proud protéká opačné strany- vodiče se odpuzují (viz obr. 6 a).

Rýže. 6. Ampérův experiment ()

Ze svých experimentů Ampere vyvodil následující závěry:

1. Okolo magnetu nebo vodiče nebo elektricky nabité pohybující se částice je magnetické pole.

2. Magnetické pole působí určitou silou na nabitou částici pohybující se v tomto poli.

3. Elektřina představuje usměrněný pohyb nabitých částic, takže na vodič přenášející proud působí magnetické pole.

Obrázek 7 ukazuje drátěný obdélník, jehož směr proudu je znázorněn šipkami. Pomocí pravidla gimlet nakreslete jednu magnetickou čáru blízko stran obdélníku, označující její směr šipkou.

Rýže. 7. Ilustrace problému

Řešení

Po stranách obdélníku (vodivého rámečku) ve směru proudu přišroubujeme pomyslný gimlet.

V blízkosti pravé strany rámu budou magnetické čáry vystupovat ze vzoru nalevo od vodiče a vstupují do roviny vzoru napravo od něj. To je označeno pravidlem šipky ve tvaru tečky nalevo od vodiče a křížku napravo od něj (viz obr. 8).

Podobně určíme směr magnetických čar v blízkosti ostatních stran rámu.

Rýže. 8. Ilustrace problému

Ampérův experiment, při kterém byly kolem cívky instalovány magnetické šipky, ukázal, že když cívkou protékal proud, byly šipky ke koncům solenoidu instalovány s různými póly podél pomyslných čar (viz obr. 9). Tento jev ukázal, že v blízkosti cívky s proudem je magnetické pole a také, že solenoid má magnetické póly. Pokud změníte směr proudu v cívce, magnetické jehly se obrátí.

Rýže. 9. Ampérův experiment. Vznik magnetického pole v blízkosti cívky s proudem

Pro určení magnetické póly používají se proudové cívky pravidlo pravé ruky pro solenoid(viz obr. 10) - pokud sevřete elektromagnet dlaní pravé ruky a čtyři prsty ukazujte ve směru proudu v závitech, pak palec ukáže směr magnetických siločar uvnitř elektromagnetu, tj. je na jeho severní pól. Toto pravidlo umožňuje určit směr proudu v závitech cívky podle umístění jejích magnetických pólů.

Rýže. 10. Pravidlo pravé ruky pro solenoid s proudem

Určete směr proudu v cívce a póly u zdroje proudu, pokud se při průchodu proudu cívkou objeví magnetické póly naznačené na obrázku 11.

Rýže. 11. Ilustrace problému

Řešení

Podle pravidla pravé ruky pro solenoid uchopíme cívku tak, aby palec ukazoval na její severní pól. Čtyři ohnuté prsty budou ukazovat směr proudu po vodiči, proto je pravý pól zdroje proudu kladný (viz obr. 12).

Rýže. 12. Ilustrace problému

V této lekci jsme zkoumali jev vzniku magnetického pole v blízkosti přímého vodiče s proudem a cívky s proudem (solenoidu). Byla také studována pravidla pro nalezení magnetických čar těchto polí.

Bibliografie

A.V. Peryshkin, E.M. Gutnik. Fyzika 9. - Drop obecný, 2006.
G.N. Štěpánová. Sbírka úloh z fyziky. - M.: Vzdělávání, 2001.
A. Fadeeva. Testy z fyziky (7. - 11. ročník). - M., 2002.
V. Grigoriev, G. Myakishev Síly v přírodě. - M.: Nauka, 1997.

Domácí práce

Internetový portál Clck.ru ().
Internetový portál Class-fizika.narod.ru ().
Internetový portál Festival.1september.ru ().

Obrázek 94 ukazuje umístění magnetických jehel kolem vodiče s proudem umístěného kolmo k rovině výkresu. Obrázek ukazuje, že změna směru proudu vede k otočení všech magnetických jehel o 180°. Navíc v obou případech jsou osy šipek umístěny tečně k magnetickým liniím.

Rýže. 94. Směr magnetických siločar vytvořených vodičem s proudem závisí na směru proudu ve vodiči

V důsledku toho směr magnetických siločar proudu závisí na směru proudu ve vodiči.

Tento vztah lze vyjádřit pravidlem gimlet (nebo pravým šroubovým pravidlem), které je následující: pokud směr pohyb vpřed vložka se shoduje se směrem proudu ve vodiči, směr otáčení rukojeti se pak shoduje se směrem magnetických siločar proudu (obr. 95, 96).

Rýže. 95. Použití pravidla gimlet: vodič s proudem je umístěn kolmo k rovině výkresu

Rýže. 96. Použití pravidla gimlet: vodič s proudem je umístěn v rovině výkresu

Pomocí gimletova pravidla můžete ve směru proudu určit směr magnetických siločar vytvořených tímto proudem a ve směru magnetických siločar - směr proudu vytvářejícího toto pole.

Pro určení směru magnetických siločar solenoidu je vhodnější použít jiné pravidlo, které se někdy nazývá pravidlo pravé ruky. Toto pravidlo je formulováno následovně: pokud sevřete solenoid dlaní pravé ruky a namíříte čtyři prsty ve směru proudu v otáčkách, pak prodloužený palec ukáže směr magnetických siločar uvnitř solenoidu ( Obr. 97).

Rýže. 97. Určení směru siločar magnetického pole uvnitř solenoidu

Již víte, že magnetické pole solenoidu (viz obr. 90) je podobné poli permanentního páskového magnetu (viz obr. 88). Solenoid, stejně jako magnet, má póly: konec solenoidu, ze kterého vycházejí magnetické čáry, je severní pól a konec, do kterého magnetické čáry vstupují, je jižní pól.

Znáte-li směr proudu v elektromagnetu, pomocí pravidla pravé ruky můžete určit směr siločar magnetického pole uvnitř elektromagnetu, a tedy i jeho magnetické póly.

Naopak podle směru magnetických siločar uvnitř solenoidu nebo umístění jeho pólů lze určit směr proudu v závitech solenoidu.

Pravidlo pravé ruky lze také použít k určení směru siločar magnetického pole ve středu cívky s proudem.

Otázky

Popište experiment, který potvrzuje vztah mezi směrem proudu ve vodiči a směrem siločar magnetického pole vytvořených vodičem.
Formulujte pravidlo gimletu.
Co můžete určit pomocí pravidla gimlet?
Uveďte pravidlo pravé ruky.
Co lze určit pomocí pravidla pravé ruky?

Cvičení 32

Otázky.

1. Jak můžete experimentálně ukázat souvislost mezi směrem proudu ve vodiči a směrem jeho magnetické siločáry?

Pokud změníte směr proudu ve vodiči na opačný, všechny magnetické jehly umístěné v magnetickém poli vytvořeném tímto vodičem se také otočí o 180°.

2. Formulujte pravidlo gimlet.

Pokud se směr translačního pohybu závěsu shoduje se směrem proudu ve vodiči, pak se směr otáčení rukojeti shoduje se směrem magnetických siločar vytvořených tímto proudem.

3. Co lze určit pomocí pravidla gimlet?

Pomocí pravidla gimlet můžete určit směr magnetických siločar se znalostí směru proudu nebo naopak.

4. Uveďte pravidlo pravé ruky pro solenoid.

Pokud si představíme, že pravá ruka je solenoid, a umístíme ji tak, aby proud vycházel z konečků prstů, pak palec bude udávat směr magnetických indukčních čar.

5. Co lze určit pomocí pravidla pravé ruky?

Pomocí pravidla pravé ruky můžete určit směr magnetických čar se znalostí směru proudu a naopak.

Cvičení.

1. Obrázek 99 ukazuje drátěný obdélník, směr proudu v něm je znázorněn šipkami. Nakreslete kresbu do sešitu a pomocí pravidla gimlet nakreslete jednu magnetickou čáru kolem každé z jejích čtyř stran, označující její směr šipkou.

2. Obrázek 100 ukazuje magnetické siločáry kolem vodičů s proudem. Vodiče jsou znázorněny jako kruhy. Nakreslete si nákres do sešitu a pomocí symbolů označte směry proudů ve vodičích, k tomu použijte pravidlo gimlet.

3. Proud uvedeného směru prochází cívkou, uvnitř které je ocelová tyč (obr. 101). Určete póly výsledného elektromagnetu. Jak můžete změnit polohu pólů tohoto elektromagnetu?

Podle pravidla pravé ruky zjistíme, že elektromagnet zobrazený na obrázku 101 má vlevo jižní pól S a vpravo severní pól N. Chcete-li změnit polohu pólů na opačnou, musíte provést ujistěte se, že proud teče opačným směrem.

4. Určete směr proudu v cívce a póly u zdroje proudu (obr. 102), jestliže se při průchodu proudu cívkou objeví magnetické póly naznačené na obrázku.

V cívce proud teče zprava doleva, od plusu do mínusu.

5. Směr proudu v závitech vinutí elektromagnetu ve tvaru podkovy je znázorněn šipkami (obr. 103). Určete póly elektromagnetu.

Pokud je magnet podkovy umístěn řezem směrem k nám, pak bude S vlevo, N vpravo, pokud je řez od nás, tak naopak.

6. Paralelní dráty vedoucí proudy ve stejném směru se přitahují a paralelní svazky elektronů pohybující se ve stejném směru se odpuzují. Ve kterém z těchto případů je interakce způsobena elektrickými silami a ve kterém magnetickými silami? Proč si to myslíš?

Protože náboje stejného znaménka se vždy odpuzují, je odpuzování elektronových paprsků způsobeno elektrickými (Coulombovými) silami a přitahování vodičů je způsobeno magnetickými silami.