Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило левой руки

Благодаря сегодняшнему видеоуроку мы узнаем, как происходит обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Запомним правило левой руки. С помощью опыта мы узнаем, как происходит обнаружение магнитного поля по его воздействию на другой электрический ток. Изучим, в чём состоит правило левой руки.

На этом уроке мы обсудим вопрос, связанный с обнаружением магнитного поля по его действию на электрический ток, и познакомимся с правилом левой руки.

Обратимся к опыту. Первый подобный эксперимент по исследованию взаимодействия токов был проведен французским ученым Ампером в 1820 году. Эксперимент заключался в следующем: по параллельным проводникам пропускали электрический ток в одном направлении, затем в разных направлениях наблюдали взаимодействие этих проводников.

Рис. 1. Опыт Ампера. Сонаправленные проводники с током притягиваются, противонаправленные отталкиваются

Если взять два параллельных проводника, по которым проходит электрический ток в одном направлении, то в этом случае проводники будут друг к другу притягиваться. Когда в тех же самых проводниках электрический ток проходит в разных направлениях, проводники отталкиваются. Таким образом, мы наблюдаем силовое действие магнитного поля на электрический ток. Итак, можно сказать следующее: магнитное поле создается электрическим током и обнаруживается по его действию на другой электрический ток (сила Ампера).

Когда было проведено большое количество аналогичных экспериментов, то было получено правило, которое связывает между собой направление магнитных линий, направление электрического тока и силовое действие магнитного поля. Это правило получило название правило левой руки . Определение: левую руку нужно расположить таким образом, чтобы магнитные линии входили в ладонь, четыре вытянутых пальца указывали направление электрического тока - тогда отогнутый большой палец укажет направление действия магнитного поля.

Рис. 2. Правило левой руки

Обратите внимание: мы не можем говорить о том, что, куда направлена магнитная линия, туда и действует магнитное поле. Здесь взаимосвязь между величинами несколько сложнее, поэтому мы пользуемся правилом левой руки .

Вспомним, что электрический ток - это направленное движение электрических зарядов. Значит, магнитное поле действует на движущийся заряд. И мы можем воспользоваться в данном случае так же правилом левой руки для определения направления этого действия.

Обратите внимание на рисунок, на котором приведены различные случаи использования правила левой руки, и проанализируйте каждый случай самостоятельно.

Рис. 3. Различные случаи применения правила левой руки

Напоследок, еще один важный факт. Если электрический ток или скорость заряженной частицы направлены вдоль линий магнитного поля, то никакого действия магнитного поля на эти объекты не будет.

Список дополнительной литературы:

Асламазов Л.Г. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях // Квант. — 1984. — № 4. — С. 24-25. Мякишев Г.Я. Как работает электродвигатель? // Квант. — 1987. — № 5. — С. 39-41. Элементарный учебник физики. Под ред. Г.С. Ландсберга. Т. 2. - М., 1974. Яворский Б.М., Пинский А.А. Основы физики. Т.2. - М.: Физматлит, 2003.

Из курса физики 8 класса вы знаете, что на всякий проводник с током, помещённый в магнитное поле и не совпадающий с его магнитными линиями, это поле действует с некоторой силой.

Наличие такой силы можно показать с помощью установки, изображённой на рисунке. Трёхсторонняя рамка ABCD, изготовленная из медной проволоки, подвешена на крюках так, что может свободно отклоняться от вертикали. Сторона ВС находится в области наиболее сильного магнитного поля дугообразного магнита, располагаясь между его полюсами (рис. а). Рамка присоединена к источнику тока последовательно с реостатом и ключом.

Рис. Действие магнитного поля на проводник с током

При замыкании ключа в цепи возникает электрический ток, и сторона ВС втягивается в пространство между полюсами (рис. б).

Если убрать магнит, то при замыкании цепи проводник ВС двигаться не будет. Значит, со стороны магнитного поля на проводник с током действует некоторая сила, отклоняющая его от первоначального положения.

Действие магнитного поля на проводник с током может быть использовано для обнаружения магнитного поля в данной области пространства.

Конечно, обнаружить магнитное поле проще с помощью компаса. Но действие магнитного поля на находящуюся в нём магнитную стрелку компаса, по существу, тоже сводится к действию поля на элементарные электрические токи, циркулирующие в молекулах и атомах магнитного вещества, из которого изготовлена стрелка.

Таким образом, магнитное поле создаётся электрическим током и обнаруживается по его действию на электрический ток.

Изменим направление тока в цепи, поменяв местами провода в гнёздах изолирующей штанги (рис.). При этом изменится и направление движения проводника ВС, а значит, и направление действующей на него силы.

Рис. Направление силы, действующей в магнитном поле на проводник с током, зависит от направления тока

Направление силы изменится и в том случае, если, не меняя направления тока, поменять местами полюсы магнита (т. е. изменить направление линий магнитного поля). Следовательно, направление тока в проводнике, направление линий магнитного поля и направление силы, действующей на проводник, связаны между собой.

Направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле, можно определить, пользуясь правилом левой руки.

В наиболее простом случае, когда проводник расположен в плоскости, перпендикулярной линиям магнитного поля, это правило заключается в следующем: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были направлены по току, то отставленный на 90° большой палец покажет направление действующей на проводник силы (рис).

Рис. Применение правила левой руки к проводнику с током

Пользуясь правилом левой руки, следует помнить, что за направление тока в электрической цепи принимается направление от положительного полюса источника тока к отрицательному. Другими словами, четыре пальца левой руки должны быть направлены против движения электронов в электрической цепи. В таких проводящих средах, как растворы электролитов, где электрический ток создаётся движением зарядов обоих знаков, направление тока, а значит, и направление четырёх пальцев левой руки совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц.

С помощью правила левой руки можно определить направление силы, с которой магнитное поле действует на отдельно взятые движущиеся в нём частицы, как положительно, так и отрицательно заряженные.

Для наиболее простого случая, когда частица движется в плоскости, перпендикулярной магнитным линиям, это правило формулируется следующим образом: если левую руку расположить так, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были направлены по движению положительно заряженной частицы (или против движения отрицательно заряженной), то отставленный на 90° большой палец покажет направление действующей на частицу силы (рис.).

Рис. Применение правила левой руки к заряженным частицам, движущимся в магнитном поле

По правилу левой руки можно также определить направление тока (если знаем, как направлены линии магнитного поля и действующая на проводник сила), направление магнитных линий (если известны направления тока и силы), знак заряда движущейся частицы (по направлению магнитных линий, силы и скорости движения частицы) и т. д.

Следует отметить, что сила действия магнитного поля на проводник с током или движущуюся заряженную частицу равна нулю, если направление тока в проводнике или скорость частицы совпадают с линией магнитной индукции или параллельны ей (рис.).

Рис. Магнитное поле не действует в случаях, если прямолинейный проводник с током или скорость движущейся заряженной частицы па раллельны линиям магнитного поля или совпадают с ними

Домашняя работа.

Задание 1. Ответь на вопросы.

Какой опыт позволяет обнаружить наличие силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?
Как обнаруживается магнитное поле?
От чего зависит направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?
Сформулируйте правило левой руки для находящегося в магнитном поле проводника с током; для движущейся в этом поле заряженной частицы.
Что можно определить, пользуясь правилом левой руки?
В каком случае сила действия магнитного поля на проводник с током или движущуюся заряженную частицу равна нулю?

Задание 2. Реши ребус.

К занятию прикреплен файл «Это интересно!». Вы можете скачать файл в любое удобное для вас время.

Использованные источники:

http://www.tepka.ru/fizika_9/36.html

Вопросы.

1. Как на опыте обнаружить наличие силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?

Нужно разместить проводник с током между полюсами магнита так, чтобы направление тока было перпендикулярно линиям магнитного поля, а крепление позволяло проводнику двигаться. При пропускании тока проводник будет отклоняться, но этого не произойдет, если убрать магнит.

2. Как обнаруживается магнитное поле?

Магнитное поле можно обнаружить по его действию на магнитную стрелку или на проводник с током.

3. От чего зависит направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?

От направления тока и направления магнитных линий.

4. Как читается правило левой руки для находящегося в магнитном поле проводника с током? для движущейся в этом поле заряженной частицы?

Если расположить левую руку так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь перпендикулярно к ней, а вытянутые четыре пальца указывали направление тока (направление движения положительно заряженной частицы), то отставленный на 90° большой палец покажет направление силы, действующей на проводник.

5. Что принимается за направление тока во внешней части электрической цепи?

Это направление от положительного полюса к отрицательному.

6. Что можно определить, пользуясь правилом левой руки?

Направление силы, действующей на проводник, зная направление тока и линий магнитного поля. Направление тока, зная направление силы и магнитных линий. Направление линий магнитного поля, зная направление тока и силы, действующей на проводник.

7. В каком случае сила действия магнитного поля на проводчик с током или движущуюся заряженную частицу равна нулю?

В случае когда направление движения тока или направление скорости частиц совпадает с направлением линий магнитной индукции сила действия магнитного поля равна нулю.

Упражнения.

1. В какую сторону покатится легкая алюминиевая трубочка при замыкании цепи (рис. 112)?

По правилу левой руки определяем, что вправо.

2. На рисунке 113 изображены два оголенных проводника, соединенных с источником тока, и легкая алюминиевая трубочка АВ. Вся установка находится в магнитном поле. Определите направление тока в трубочке АВ, если в результате взаимодействия этого тока с магнитным полем трубочка катится по проводникам в направлении, указанном на рисунке. Какой полюс источника тока является положительным, а какой — отрицательным?

По правилу левой руки ток движется от точки А к В, следовательно верхний полюс источника тока - положительный, а нижний - отрицательный.

3. Между полюсами магнитов (рис. 114) расположены четыре проводника с током. Определите, в какую сторону движется каждый из них.

Слева - вверх, вниз. Справа - вниз, вверх.

4. На рисунке 115 изображена отрицательно заряженная частица. движущаяся со скоростью v в магнитном поле. Сделайте такой же рисунок в тетради и укажите стрелочкой направление силы, с которой поле действует на частицу.

5. Магнитное поле действует с силой F на частицу, движущуюся со скоростью v (рис. 116). Определите знак заряда частицы.

Знак заряда частицы - отрицательный (применяем правило левой руки).

Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило левой руки
Электромагнитные явления