Физика и ее законы окружают нас повсеместно, в особенности это касается электричества и магнетизма. Данные понятия и принципы используются в узких специальностях, но есть и те, которые пригодятся нам и в повседневной жизни. В этой статье мы разберем правило буравчика, закон Ампера и силу Лоренца, а также особенности и способы определения движения тока и многое другое.
Общие правила и понятия
Правило буравчика — это демонстрация того, как с помощью одной руки определить направленность тока в проводе. Если говорить более научным и точным языком, то данный принцип характеризует некий алгоритм, который применяется при обнаружении направленности индукции, зависит от течения электрического тока, который в свою очередь и создает магнитное поле.
Интересно! Принцип работы асинхронного двигателя
Разберемся в терминах:
- Магнитная индукция — это векторно-физическая величина, характеризующая силу магнитного поля, точнее сказать силу, с которой данное поле действует на окружающие предметы.
- Электрический ток — это направление частиц, которые являются носителями эклектического заряда.
- Вектор — тут все не очень однозначно, но самым главным является то, что это несуществующий (условный) направленный отрезок.
Что касается названия, то буравчик — это некий инструмент, с помощью которого просверливают отверстия в каких-либо мягких материалах. Простыми словами, это может быть штопор или винт.
Исходя из вышесказанного, практически данный принцип можно выразить так: если наконечник штопора сонаправлен с вектором протекания тока, то ориентация вектора магнитной индукции будет сонаправлена с вектором круговых движений ручки штопора (с правым винтом). То есть, если мы направляем острие штопора по направленности движения тока в проводе, ручка при закручивании штопора вращается вправо, следовательно, линии индукции будут направлены тоже вправо.
Интересно! Как проверить электродвигатель мультиметром
Правило буравчика, как это не странно, применяется для вычисления направления вектора тока.
Правила правой руки
Выделяют два основных направления правила правой руки:
- для механического вращения скорости;
- в магнитостатике и электродинамике.
Нас в данной ситуации больше интересует второе ответвление этого правила. Но и у него есть свое деление:
- Правило правой руки для магнитной индукции, или закон Био-Савара — при визуальном обхвате провода или проводника тока правой рукой, при этом соблюдая условия того, чтобы большой палец был сонаправлен с вектором направления электрического тока, но все остальные пальцы будут показывать движение линий магнитной индукции, которые огибают провод.
- Правило правой руки для тока в цепи, которая находится в магнитном поле — для этого ладонь правой руки размещается таким образом, чтобы в ее внутреннюю сторону направлялись силовые линии данного магнитного поля, а отогнутый большой палец указывал направление движения тока по проводнику, тогда остальные пальцы будут указывать на направление вектора индукционного тока.
Это были основные правила правой руки, существует еще несколько его вариаций, но они применяются крайне редко.
Интересно! Адресная светодиодная лента — принцип работы, применение
Правила левой руки
Что касается правил левой руки, то здесь все проще чем с правой. Их всего два:
- Первое правило левой руки звучит следующим образом — при расположении ладони левой руки так, чтобы линии индукции были направлены вовнутрь перпендикулярно к ней, а четыре пальца будут указывать направление тока, то большой палец, отставленный на 90 градусов, будет показывать направление силы, которая действует со стороны магнитного поля на проводник с током. Данная сила именуется силой Ампера.
- Второе правило левой руки позволяет нам определить силу Лоренца — если левую реку расположить так, чтобы направление линий индукций поля направлялось в ладонь перпендикулярно к ней, а оставшиеся четыре пальца указывали направление тока, то большой палец, который отставлен на 90 градусов, будет указывать направление силы Лоренца.
Правила буравчика в моменте
Правило буравчика также применятся с целью определения момента силы.
Формулировка правила буравчика в моменте звучит следующим образом — если вращать буравчик по направлению векторов сил, которые стремятся повернуть тело, штопор будет закручиваться в ту же сторону, куда направлен момент всех этих сил.
Также есть возможность определить момент силы визуально. Для этого нужно взять в правую руку предмет или сымитировать данное действие, сдавить его и выставить большой палец вперед, в данном случае четыре пальца будут показывать направление кругового движения тела, а большой — направление момента силы.
Определение движения тока буравчиком
Для того, чтобы определить направление движения тока в магнитном поле, необходимо понять совпадает ли направление поступательного движения буравчика с направлением тока в самом проводнике. Если совпадает, то направление вращения ручки штопора будет совпадать с вектором направления тока магнитного поля.
Для данного измерения совпадения используют правило правой руки.
Способы определения движения электрического тока
Из всех правил, которые были перечислены выше, для определения движения электрического тока в проводнике, используют:
- первое правило левой руки;
- второе правило правой руки;
- основное правило буравчика.
Закон Ампера
Формулировка закона Ампера — это закон взаимодействия электрических токов. Его физический смысл заключается в том, что сам закон — это совокупность всех формул и утверждений, которые характеризуют силовое воздействие на проводник с током со стороны магнитного поля, которое может быть создано другим проводником с током.
Также с помощью закона можно определить:
- принцип взаимодействия двух проводящих и замкнутых контуров;
- воздействие магнитного поля на проводник током или на отдельную его часть;
- силу взаимовоздействия двух проводников с током.
С помощью закона Ампера мы можем утверждать, что на проводник с током, который размещается в однородном магнитном поле, действует некая сила, пропорциональная индукции магнитного поля, а также самой силе тока. Также данный закон используют для проектирования и конструирования электрических двигателей и генераторов с переменным током.
Сила Лоренца
Начнем с определения, что такое сила Лоренца. Это сила, с которой электромагнитное поле действует на запряжённую частицу. Для того, чтобы определить направление данной силы, применяют правило левой руки. Также с помощью этой руки можно определить вектор воздействия линий магнитной индукции. Для этого левая ладонь должна быть выпрямлена перед собой, большой палец отклонен на 90 градусов, четыре пальца сонаправлены с вектором течения положительного заряда, тогда большой палец будет показывать на направление силы Лоренца.
Полезные сведения и советы
По некоторым законам физики и электродинамики принято считать, что ток движется от плюса к минусу, но в проводах с током течение электронов упорядочено и направлено от отрицательного полюса к положительному. Данный фактор стоит учитывать при расчёте сил Лоренца.
Стоит учитывать и тот факт, что при вкручивании буравчика или штопора по ходу движения тела, вектор его ввинчивания и направление угловой скорости совпадают.
Также все вышесказанные правила были рассмотрены с учетом того, что у штопора или буравчика правая резьба. Но существуют также инструменты с левой резьбой, об этом не стоит забывать.
Благодаря правилу буравчика мы можем визуализировать многие скрытые от глаз процессы, а также с легкостью применять и объяснять некоторые законы физики и электричества. Его основой является движение, целью правила считается вычисление движения тока в проводниках, обычно на него указывает направление большого пальца. Правило буравчика и все его ответвления помогают решать многие задачи, понять различные закономерности и грамотно сконструировать электрические двигатели.
