Электромагнитное поле заставляет работать электрические двигатели, генераторы, трансформаторы и многие другие устройства. Его изучают 2 раздела физики: электричество и магнетизм, обладающие схожей логикой.
Закономерности взаимосвязей электрических и магнитных цепей электротехники удобно представлять в виде простых мнемонических правил: буравчика или правой и левой руки.
Эта статья поясняет их содержание и применение в решении практических задач на уровне физики 9 класса.
3 распространенных термина в электричестве и их аналоги в магнетизме: кратко
Взаимосвязь электрических и магнитных характеристик поясняет таблица.
| Электрическая цепь | Магнитная цепь | |||
| Обеспечивает энергией | Электродвижущая сила | E | Магнитодвижущая сила | Fm |
| Совершает работу | Электрический ток | I | Магнитный поток | Ф |
| Ограничивает совершение работы | Электрическое сопротивление | R | Магнитное сопротивление | Rm |
| Закон Ома | I=U/R | — | ||
| Закон Гопкинсона | — | Ф=Fm/Rm | ||
Электромагнитное поле образуется вокруг проводника, по которому протекает электрический ток.
Оно состоит из:
- электрического;
- и магнитного поля.
Магнитный поток Ф характеризуется как мера силы и протяженности магнитного поля. Он определяется модулем вектора магнитной индукции (В) с учетом площади пересекаемой поверхности и угла его наклона.
Ток и его сила влияют на магнитную индукцию. Они имеют направление и величину. Поэтому их удобно представлять векторами. ЭДС же – скаляр (не имеет направления).
Характерный пример 2-х полей – распространение электромагнитной волны с формой синусоиды. Они перпендикулярны друг другу.
Определение правила буравчика: 3 примера
Общепринято за направление электрического тока во внешней цепи принимать движение зарядов от плюса к минусу либо от потенциала фазы к нулю.
По нему мысленно ввинчиваем – направляем поступательное движение буравчика (винта с резьбой, самореза, штопора) с правосторонним вращением (по часовой стрелке).
При этом вокруг проводника возникает поток магнитной индукции. Ее силовые линии расположены в перпендикулярной плоскости, а их центр находится на оси проводника.
Направление вектора индукции по касательной к силовой линии совпадает с вращательным движением рукоятки буравчика.
Поясняю это примером, когда проводник расположен перпендикулярно нашему взгляду. Используем условное обозначение стрелы с острым наконечником в виде точки и оперением – перекрестие.
На практике определить расположение силовых линий около проводника позволяет магнитная стрелка компаса.
Она обычно указывает строго на север. Но электрический ток перенаправит ее вдоль касательной к окружности.
Этот способ позволяет определить и обратную задачу – измерять направление тока в проводнике. Я его специально не указал.
Предлагаю вам выполнить ее самостоятельно по приведенной выше картинке и обосновать свой результат в комментарии. Обсудим его с другими читателями.
Примечание: рассмотренное правило буравчика считается главным. На его основе сформированы другие мнемонические закономерности для:
- определения направления векторного произведения;
- выбора базиса трехмерного пространства;
- и некоторых других задач.
Однако это все уже выходит за курс школьной физики и здесь рассматривать не будем.
Правило правой руки
Его применяют для определения взаимодействия электрических и магнитных полей:
- у проводника с током;
- электрического заряда;
- соленоида;
- и в некоторых других случаях.
Проводник с током
Правило позволяет определить направление вектора магнитной индукции. Для этого надо:
- направить большой палец правой кисти по направлению тока;
- полусогнуть 4 пальца и мысленно (помним про электробезопасность) обхватить ими проводник с током.
4 согнутых пальца укажут на направление линий магнитной индукции.
Катушка с током
Направление тока в витках катушки известно. По нему направляем 4 пальца ладони. Большой палец укажет ориентацию вектора магнитной индукции внутри (а не снаружи) катушки.
Направление силы Ампера и силы Лоренца
Используются три пальца расправленные до взаимно перпендикулярной ориентации:
- большой совпадает с вектором тока;
- указательный – повторяет вектор индукции;
- средний покажет направление вектора-произведения (силы Ампера и Лоренца F) в результате перемножения вектора I на вектор индукции B.
Эта сила F действует на проводник с током I, расположенном в магнитном поле B или движущиеся в нем же положительно заряженные частицы.
Прямая ладонь: определение индукционного тока в проводнике, движущемся в магнитном поле под воздействием внешней силы F
В этом варианте используется расправленная ладонь и оттопыренный в сторону большой палец:
- в ладонь входят силовые магнитные линии;
- отогнутый большой палец указывает движение проводника;
- 4 остальных пальца указывают направление индукционного тока.
Правило левой руки: определение направления силы Ампера и Лоренца внутри магнитного поля
Последовательность действий:
- ладонь левой руки необходимо расположить перпендикулярно входящим линиям индукции;
- четыре вытянутых пальца размещают по току;
- отогнутый большой палец указывает направление силы Ампера либо Лоренца.
Этот же рисунок в обобщенном виде.
Автор видео Евгения Пенкина раскрывает принцип работы правила буравчика и правой руки.
Завершая статью хочу знать: какие электромагнитные явления вас еще интересуют? Что из вопросов электромагнетизма нужно раскрыть отдельной статьей сайта?
