Как определить направление тока в проводнике

Используя правило буравчика можно определить направление линий магнитного поля, зная направление тока или наоборот.

4. Сформулируйте правило правой руки для соленоида.

1. На рисунке 99 изображен проволочный прямоугольник, направление тока в нем показано стрелками. Перечертите рисунок в тетрадь и, пользуясь правилом буравчика, начертите вокруг каждой из его четырех сторон по одной магнитной линии, указав стрелкой ее направление.

2. На рисунке 100 показаны линии магнитного поля вокруг проводников с током. Проводники изображены кружочками. Перечертите рисунок в тетрадь и условными знаками обозначьте направления токов в проводниках, используя для этого правило буравчика.

3. Через катушку, внутри которой находится стальной стержень (рис. 101), пропускают ток указанного направления. Определите полюсы у полученного электромагнита. Как можно изменить положение полюсов у этого электромагнита?

По правилу правой руки получаем, что у изображенного на рисунке 101 электромагнита слева южный полюс S, а справа северный N. Чтобы изменить положение полюсов на противоположное нужно сделать так, чтобы ток шел в обратном направлении.

4. Определите направление тока в катушке и полюсы у источника тока (рис. 102), если при прохождении тока в катушке возникают указанные на рисунке магнитные полюсы.

В катушке ток идет справа налево, от плюса к минусу.

5. Направление тока в витках обмотки подковообразного электромагнита показано стрелками (рис. 103). Определите полюсы электромагнита.

Если подковообразный магнит расположен разрезом к нам, то слева будет S, справа N, если разрезом от нас, то наоборот.

6. Параллельные провода, по которым текут токи одного направления, притягиваются, а параллельные пучки электронов, движущихся в одном направлении, отталкиваются. В каком из этих случаев взаимодействие обусловлено электрическими силами, а в каком — магнитными? Почему вы так считаете?

Так как заряды одного знака всегда отталкиваются, то отталкивание пучков электронов обусловлено электрическими (кулоновскими) силами, а притяжение проводников обусловлено магнитными силами.

Физика

Урок 2: Направление тока и направление линий его магнитного поля

• Видео
• Тренажер
• Теория

Опыт Эрстеда

Продолжительное время электрические и магнитные поля изучались раздельно. Но в 1820 году датский учёный Ханс Кристиан Эрстед во время лекции по физике обнаружил, что магнитная стрелка поворачивается возле проводника с током (см. рис. 1). Это доказало магнитное действие тока. После проведения нескольких экспериментов Эрстед обнаружил, что поворот магнитной стрелки зависел от направления тока в проводнике.

Рис. 1. Опыт Эрстеда

Для того чтобы представить, по какому принципу происходит поворот магнитной стрелки вблизи проводника с током, рассмотрим вид с торца проводника (см. рис. 2, ток направлен в рисунок, – из рисунка), возле которого установлены магнитные стрелки. После пропускания тока стрелки выстроятся определённым образом, противоположными полюсами друг к другу. Так как магнитные стрелки выстраиваются по касательным к магнитным линиям, то магнитные линии прямого проводника с током представляют собой окружности, а их направление зависит от направления тока в проводнике.

Рис. 2. Расположение магнитных стрелок возле прямого проводника с током

Для более наглядной демонстрации магнитных линий проводника с током можно провести следующий опыт. Если вокруг проводника с током высыпать железные опилки, то через некоторое время опилки, попав в магнитное поле проводника, намагнитятся и расположатся по окружностям, которые охватывают проводник (см. рис. 3).

Рис. 3. Расположение железных опилок вокруг проводника с током (Источник)

Правило буравчика. Правило правой руки

Для определения направления магнитных линий возле проводника с током существует правило буравчика (правило правого винта) – если вкручивать буравчик по направлению тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика укажет направление линий магнитного поля тока (см. рис. 4).

Рис. 4. Правило буравчика (Источник)

Также можно использовать правило правой руки – если направить большой палец правой руки по направлению тока в проводнике, то четыре согнутых пальца укажут направление линий магнитного поля тока (см. рис. 5).

Рис. 5. Правило правой руки (Источник)

Оба указанных правила дают один и тот же результат и могут быть использованы для определения направления тока по направлению магнитных линий поля.

Взаимодействие проводников с током в опытах Ампера

После открытия явления возникновения магнитного поля вблизи проводника с током Эрстед разослал результаты своих исследований большинству ведущих учёных Европы. Получив эти данные, французский математик и физик Ампер приступил к своей серии экспериментов и через некоторое время продемонстрировал публике опыт по взаимодействию двух параллельных проводников с током. Ампер установил, что если по двум расположенным параллельно проводникам течёт электрический ток в одну сторону, то такие проводники притягиваются (см. рис. 6б) если ток течёт в противоположные стороны – проводники отталкиваются (см. рис. 6а).

Рис. 6. Опыт Ампера (Источник)

Из своих опытов Ампер сделал следующие выводы:

1. Вокруг магнита, или проводника, или электрически заряженной движущейся частицы существует магнитное поле.
2. Магнитное поле действует с некоторой силой на заряженную частицу, движущуюся в этом поле.
3. Электрический ток представляет собой направленное движение заряженных частиц, поэтому магнитное поле действует на проводник с током.

Задача на применение правила буравчика для прямого проводника с током

На рисунке 7 изображён проволочный прямоугольник, направление тока в котором показано стрелками. Используя правило буравчика, начертить возле сторон прямоугольника по одной магнитной линии, указав стрелкой её направление.

Рис. 7. Иллюстрация к задаче

Вдоль сторон прямоугольника (проводящей рамки) вкручиваем мнимый буравчик по направлению тока.

Вблизи правой боковой стороны рамки магнитные линии будут выходить из рисунка слева от проводника и входить в плоскость рисунка справа от него. Это обозначается с помощью правила стрелы в виде точки слева от проводника и крестика справа от него (см. рис. 8).

Аналогично определяем направление магнитных линий возле других сторон рамки.

Рис. 8. Иллюстрация к задаче

Образование магнитного поля вблизи катушки с током (соленоида)

Опыт Ампера, в котором вокруг катушки устанавливались магнитные стрелки, показал, что при протекании по катушке тока стрелки к торцам соленоида устанавливались разными полюсами вдоль мнимых линий (см. рис. 9). Это явление показало, что вблизи катушки с током есть магнитное поле, а также что у соленоида есть магнитные полюса. Если изменить направление тока в катушке, магнитные стрелки развернутся.

Рис. 9. Опыт Ампера. Образование магнитного поля вблизи катушки с током

Для определения магнитных полюсов катушки с током используется правило правой руки для соленоида (см. рис. 10) – если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида, то есть на его северный полюс. Это правило позволяет определять направление тока в витках катушки по расположению её магнитных полюсов.

Рис. 10. Правило правой руки для соленоида с током

Задача на применение правила правой руки для соленоида с током

Определите направление тока в катушке и полюсы у источника тока, если при прохождении тока в катушке возникают указанные на рисунке 11 магнитные полюсы.

Рис. 11. Иллюстрация к задаче

Согласно правилу правой руки для соленоида, обхватим катушку таким образом, чтобы большой палец показывал на её северный полюс. Четыре согнутых пальца укажут на направление тока вниз по проводнику, следовательно, правый полюс источника тока положительный (см. рис. 12).

Рис. 12. Иллюстрация к задаче

Итоги урока

На данном уроке мы рассмотрели явление возникновения магнитного поля вблизи прямого проводника с током и катушки с током (соленоида). Также были изучены правила нахождения магнитных линий данных полей.

Список литературы

1. А. В. Перышкин, Е. М. Гутник. Физика 9. – Дрофа, 2006.
2. Г. Н. Степанова. Сборник задач по физике. – М.: Просвещение, 2001.
3. А. Фадеева. Тесты физика (7 – 11 классы). – М., 2002.
4. В. Григорьев, Г. Мякишев. Силы в природе. – М.: Наука, 1997.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет-портал «clck.ru» (Источник)
2. Интернет-портал «class-fizika.narod.ru» (Источник)
3. Интернет-портал «festival.1september.ru» (Источник)

Домашнее задание

1. А. В. Перышкин, Е. М. Гутник. Физика 9: § 44, стр. 149, упр. 35 (1–5) (Источник)
2. Что можно определить, используя правило буравчика?
3. Что можно определить, используя правило правой руки?
4. Определить направление тока по известному направлению магнитных линий (см. рис. 13).
   
   Рис. 13. Иллюстрация к задаче

Направление тока и направление линий его магнитного поля

Про­дол­жи­тель­ное время элек­три­че­ские и маг­нит­ные поля изу­ча­лись раз­дель­но. Но в 1820 году дат­ский учё­ный Ханс Кри­сти­ан Эр­стед во время лек­ции по фи­зи­ке об­на­ру­жил, что маг­нит­ная стрел­ка по­во­ра­чи­ва­ет­ся возле про­вод­ни­ка с током (см. Рис. 1). Это до­ка­за­ло маг­нит­ное дей­ствие тока. После про­ве­де­ния несколь­ких экс­пе­ри­мен­тов Эр­стед об­на­ру­жил, что по­во­рот маг­нит­ной стрел­ки за­ви­сел от на­прав­ле­ния тока в про­вод­ни­ке.

Рис. 1. Опыт Эр­сте­да

Для того чтобы пред­ста­вить, по ка­ко­му прин­ци­пу про­ис­хо­дит по­во­рот маг­нит­ной стрел­ки вб­ли­зи про­вод­ни­ка с током, рас­смот­рим вид с торца про­вод­ни­ка (см. Рис. 2, ток на­прав­лен в ри­су­нок, – из ри­сун­ка), возле ко­то­ро­го уста­нов­ле­ны маг­нит­ные стрел­ки. После про­пус­ка­ния тока стрел­ки вы­стро­ят­ся опре­де­лён­ным об­ра­зом, про­ти­во­по­лож­ны­ми по­лю­са­ми друг к другу. Так как маг­нит­ные стрел­ки вы­стра­и­ва­ют­ся по ка­са­тель­ным к маг­нит­ным ли­ни­ям, то маг­нит­ные линии пря­мо­го про­вод­ни­ка с током пред­став­ля­ют собой окруж­но­сти, а их на­прав­ле­ние за­ви­сит от на­прав­ле­ния тока в про­вод­ни­ке.

Рис. 2. Рас­по­ло­же­ние маг­нит­ных стре­лок возле пря­мо­го про­вод­ни­ка с током

Для более на­гляд­ной де­мон­стра­ции маг­нит­ных линий про­вод­ни­ка с током можно про­ве­сти сле­ду­ю­щий опыт. Если во­круг про­вод­ни­ка с током вы­сы­пать же­лез­ные опил­ки, то через неко­то­рое время опил­ки, попав в маг­нит­ное поле про­вод­ни­ка, на­маг­ни­тят­ся и рас­по­ло­жат­ся по окруж­но­стям, ко­то­рые охва­ты­ва­ют про­вод­ник (см. Рис. 3).

Рис. 3. Рас­по­ло­же­ние же­лез­ных опи­лок во­круг про­вод­ни­ка с током

Правило буравчика. Правило правой руки

Для опре­де­ле­ния на­прав­ле­ния маг­нит­ных линий возле про­вод­ни­ка с током су­ще­ству­ет пра­ви­ло бу­рав­чи­ка (пра­ви­ло пра­во­го винта) – если вкру­чи­вать бу­рав­чик по на­прав­ле­нию тока в про­вод­ни­ке, то на­прав­ле­ние вра­ще­ния ручки бу­рав­чи­ка ука­жет на­прав­ле­ние линий маг­нит­но­го поля тока (см. Рис. 4).

Рис. 4. Пра­ви­ло бу­рав­чи­ка

Также можно ис­поль­зо­вать пра­ви­ло пра­вой руки – если на­пра­вить боль­шой палец пра­вой руки по на­прав­ле­нию тока в про­вод­ни­ке, то че­ты­ре со­гну­тых паль­ца ука­жут на­прав­ле­ние линий маг­нит­но­го поля тока (см. Рис. 5).

Рис. 5. Пра­ви­ло пра­вой руки

Оба ука­зан­ных пра­ви­ла дают один и тот же ре­зуль­тат и могут быть ис­поль­зо­ва­ны для опре­де­ле­ния на­прав­ле­ния тока по на­прав­ле­нию маг­нит­ных линий поля.

Разветвление: Взаимодействие проводников с током в опытах Ампера

После от­кры­тия яв­ле­ния воз­ник­но­ве­ния маг­нит­но­го поля вб­ли­зи про­вод­ни­ка с током Эр­стед разо­слал ре­зуль­та­ты своих ис­сле­до­ва­ний боль­шин­ству ве­ду­щих учё­ных Ев­ро­пы. По­лу­чив эти дан­ные, фран­цуз­ский ма­те­ма­тик и физик Ампер при­сту­пил к своей серии экс­пе­ри­мен­тов и через неко­то­рое время про­де­мон­стри­ро­вал пуб­ли­ке опыт по вза­и­мо­дей­ствию двух па­рал­лель­ных про­вод­ни­ков с током. Ампер уста­но­вил, что если по двум рас­по­ло­жен­ным па­рал­лель­но про­вод­ни­кам течёт элек­три­че­ский ток в одну сто­ро­ну, то такие про­вод­ни­ки при­тя­ги­ва­ют­ся (см. Рис. 6 б) если ток течёт в про­ти­во­по­лож­ные сто­ро­ны – про­вод­ни­ки от­тал­ки­ва­ют­ся (см. Рис. 6 а).

Рис. 6. Опыт Ам­пе­ра

Из своих опы­тов Ампер сде­лал сле­ду­ю­щие вы­во­ды:

1. Во­круг маг­ни­та, или про­вод­ни­ка, или элек­три­че­ски за­ря­жен­ной дви­жу­щей­ся ча­сти­цы су­ще­ству­ет маг­нит­ное поле.

2. Маг­нит­ное поле дей­ству­ет с неко­то­рой силой на за­ря­жен­ную ча­сти­цу, дви­жу­щу­ю­ся в этом поле.

3. Элек­три­че­ский ток пред­став­ля­ет собой на­прав­лен­ное дви­же­ние за­ря­жен­ных ча­стиц, по­это­му маг­нит­ное поле дей­ству­ет на про­вод­ник с током.

Разветвление: Задача на применение правила буравчика для прямого проводника с током

На ри­сун­ке 7 изоб­ра­жён про­во­лоч­ный пря­мо­уголь­ник, на­прав­ле­ние тока в ко­то­ром по­ка­за­но стрел­ка­ми. Ис­поль­зуя пра­ви­ло бу­рав­чи­ка, на­чер­тить возле сто­рон пря­мо­уголь­ни­ка по одной маг­нит­ной линии, ука­зав стрел­кой её на­прав­ле­ние.

Рис. 7. Ил­лю­стра­ция к за­да­че

Вдоль сто­рон пря­мо­уголь­ни­ка (про­во­дя­щей рамки) вкру­чи­ва­ем мни­мый бу­рав­чик по на­прав­ле­нию тока.

Вб­ли­зи пра­вой бо­ко­вой сто­ро­ны рамки маг­нит­ные линии будут вы­хо­дить из ри­сун­ка слева от про­вод­ни­ка и вхо­дить в плос­кость ри­сун­ка спра­ва от него. Это обо­зна­ча­ет­ся с по­мо­щью пра­ви­ла стре­лы в виде точки слева от про­вод­ни­ка и кре­сти­ка спра­ва от него (см. Рис. 8).

Ана­ло­гич­но опре­де­ля­ем на­прав­ле­ние маг­нит­ных линий возле дру­гих сто­рон рамки.

Рис. 8. Ил­лю­стра­ция к за­да­че

Образование магнитного поля вблизи катушки с током (соленоида)

Опыт Ам­пе­ра, в ко­то­ром во­круг ка­туш­ки уста­нав­ли­ва­лись маг­нит­ные стрел­ки, по­ка­зал, что при про­те­ка­нии по ка­туш­ке тока стрел­ки к тор­цам со­ле­но­и­да уста­нав­ли­ва­лись раз­ны­ми по­лю­са­ми вдоль мни­мых линий (см. Рис. 9). Это яв­ле­ние по­ка­за­ло, что вб­ли­зи ка­туш­ки с током есть маг­нит­ное поле, а также что у со­ле­но­и­да есть маг­нит­ные по­лю­са. Если из­ме­нить на­прав­ле­ние тока в ка­туш­ке, маг­нит­ные стрел­ки раз­вер­нут­ся.

Рис. 9. Опыт Ам­пе­ра. Об­ра­зо­ва­ние маг­нит­но­го поля вб­ли­зи ка­туш­ки с током

Для опре­де­ле­ния маг­нит­ных по­лю­сов ка­туш­ки с током ис­поль­зу­ет­ся пра­ви­ло пра­вой руки для со­ле­но­и­да (см. Рис. 10) – если об­хва­тить со­ле­но­ид ла­до­нью пра­вой руки, на­пра­вив че­ты­ре паль­ца по на­прав­ле­нию тока в вит­ках, то боль­шой палец по­ка­жет на­прав­ле­ние линий маг­нит­но­го поля внут­ри со­ле­но­и­да, то есть на его се­вер­ный полюс. Это пра­ви­ло поз­во­ля­ет опре­де­лять на­прав­ле­ние тока в вит­ках ка­туш­ки по рас­по­ло­же­нию её маг­нит­ных по­лю­сов.

Рис. 10. Пра­ви­ло пра­вой руки для со­ле­но­и­да с током

Разветвление: Задача на применение правила правой руки для соленоида с током

Опре­де­ли­те на­прав­ле­ние тока в ка­туш­ке и по­лю­сы у ис­точ­ни­ка тока, если при про­хож­де­нии тока в ка­туш­ке воз­ни­ка­ют ука­зан­ные на ри­сун­ке 11 маг­нит­ные по­лю­сы.

Рис. 11. Ил­лю­стра­ция к за­да­че

Со­глас­но пра­ви­лу пра­вой руки для со­ле­но­и­да, об­хва­тим ка­туш­ку таким об­ра­зом, чтобы боль­шой палец по­ка­зы­вал на её се­вер­ный полюс. Че­ты­ре со­гну­тых паль­ца ука­жут на на­прав­ле­ние тока вниз по про­вод­ни­ку, сле­до­ва­тель­но, пра­вый полюс ис­точ­ни­ка тока по­ло­жи­тель­ный (см. Рис. 12).

Правило буравчика кратко и понятно — формула и как пользоваться

Тем, кому в школе плохо давалась физика, правило буравчика и сегодня — самая настоящая «терра инкогнита». Особенно если попытаться найти определение известного закона в Сети: поисковые системы тут же выдадут множество мудрёных научных объяснений со сложными схемами. Однако вполне возможно кратко и понятно объяснить, в чём же оно состоит.

В чём состоит правило буравчика

Буравчик — инструмента для сверления отверстий

Оно звучит так: в случаях, когда направление буравчика совпадает с направлением тока в проводнике во время поступательных движений, то одновременно идентичным ему будет и направление вращения ручки буравчика.

В поисках направления

Чтобы разобраться, придётся всё-таки вспомнить школьные уроки. На них учителя физики рассказывали нам о том, что электроток — это движение элементарных частиц, которые при этом несут свой заряд по проводящему материалу. Благодаря источнику движение частиц в проводнике — направленное. Движение, как известно, жизнь, а потому вокруг проводника возникает не что иное, как магнитное поле, и оно тоже вращается. Но как?

Ответ даёт именно это правило (без использования каких-либо специальных инструментов), и результат оказывается весьма ценным, ведь в зависимости от направления магнитного поля парочка проводников начинает действовать по совершенно разным сценариям: либо отталкиваться друг от друга, либо, напротив, устремляться навстречу.

Использование

Самый простой способ определения пути движений линий магнитного поля — применение правила буравчика

Представить это можно и так — на примере собственной правой руки и самого обычного провода. Провод кладём в руку. Четыре пальца крепко сжимаем в кулак. Большой палец указывает вверх — наподобие жеста, которым мы демонстрируем, что нам что-то нравится. В данной «раскладке» большой палец чётко укажет направление движения тока, тогда как остальные четыре — путь движений линий магнитного поля.

Правило вполне применимо в жизни. Физикам оно необходимо для того, чтобы определить направление магнитного поля тока, рассчитать механическое вращение скорости, вектор магнитной индукции и момент сил.

Кстати, о том, что правило применимо к самым разным ситуациям говорит и то, что существует сразу несколько его толкований — в зависимости от рассматриваемого каждого конкретного случая.