Что нужно знать до
Если что-то из этого забылось, начни оттуда — так будет понятнее.
Коротко о главном
Направление магнитных линий вокруг тока определяется направлением самого тока. Для прямого провода работает правило буравчика: буравчик ввинчивается по току — ручка вращается по линиям поля. Для катушки удобнее правило правой руки: четыре пальца по току в витках — большой палец показывает поле внутри катушки и её северный полюс.
Подробное объяснение
Опыт со стрелками
Поставьте вокруг вертикального провода несколько маленьких компасов. Пока тока нет, все они смотрят на север. Включите ток — стрелки выстроятся по окружностям вокруг провода, каждая по касательной к окружности. Поменяйте полюса батарейки — все стрелки развернутся на 180°. Значит, магнитные линии замкнуты вокруг провода, а их направление зависит от направления тока.
Правило буравчика
Буравчик (или обычный шуруп с правой резьбой) вкручивается, когда его вращают по часовой стрелке, если смотреть со стороны ручки. Правило звучит так: если буравчик движется вперёд по направлению тока, то его ручка вращается по направлению магнитных линий.
На рисунках ток, перпендикулярный листу, обозначают так: крестик ⊗ — ток уходит от нас (видим «хвост» стрелы), точка ⊙ — ток идёт к нам (видим «остриё»).
- Ток от нас (⊗) — линии идут по часовой стрелке.
- Ток к нам (⊙) — линии идут против часовой стрелки.
Правило работает и в обратную сторону: зная направление линий, можно найти направление тока.
Правило правой руки для катушки
Катушка с током (соленоид) похожа на полосовой магнит: у неё есть северный и южный полюсы. Снаружи линии выходят из северного конца и входят в южный, а внутри катушки идут от S к N.
Правило: обхватите катушку правой рукой, направив четыре пальца по току в витках, — отставленный большой палец покажет направление линий внутри катушки. Туда, куда указывает большой палец, и находится северный полюс N.
Это же правило подходит для одного круглого витка: большой палец покажет направление поля в центре витка. И снова всё обратимо: по полюсам катушки можно найти, куда течёт ток в витках.
Что здесь важно
В этой теме нет формул и единиц измерения — только направления. Нужно уметь связывать три вещи: направление тока, направление магнитных линий и расположение полюсов. Буравчик и правая рука — два способа запомнить одну и ту же связь. Для прямого провода удобнее буравчик, для катушки — правая рука.
Как решать задачи
- Определите, что дано: направление тока или направление линий (полюса).
- Выберите правило: прямой провод — буравчик, катушка или виток — правая рука.
- Если ток перпендикулярен рисунку, переведите ⊗ и ⊙ в «от нас» и «к нам».
- Для катушки посмотрите, как идёт ток по передним, видимым частям витков, и положите по ним четыре пальца.
- Сделайте вывод: направление линий или полюсы. Если нужен ответ про стрелку компаса, помните: её северный конец указывает по направлению линий.
- Проверьте себя обратным ходом — от полученного поля к току.
Разобранные примеры
Провод, уходящий в пол
По вертикальному кабелю ток течёт сверху вниз, в пол. Как направлены магнитные линии, если смотреть на кабель сверху?
Смотрим сверху, ток уходит от нас — это случай ⊗. Буравчик, который ввинчивается вниз, при взгляде сверху вращают по часовой стрелке. Так же направлены и линии.
Где полюс у катушки
Горизонтальная катушка. На передних, обращённых к нам частях витков ток идёт снизу вверх. Где у катушки северный полюс?
Обхватываем катушку правой рукой: ладонь к нам, четыре пальца на передних витках направлены вверх. Большой палец при этом смотрит влево. Значит, внутри катушки линии идут влево и выходят из левого торца.
Ток по полюсам
Катушку подключили к батарейке, и она притянула к своему правому торцу южный полюс другого магнита. Как идёт ток в витках, если смотреть на катушку с правого торца?
Южный полюс притягивается к северному, значит, справа у катушки полюс N. Внутри катушки линии направлены вправо, большой палец правой руки — тоже вправо. Если смотреть с правого торца, большой палец направлен на нас, а четыре пальца обходят катушку против часовой стрелки.
Типичные ошибки
Если принять ⊗ за ток «к нам», направление линий получится противоположным, и все дальнейшие выводы окажутся неверными.
Представьте стрелу: остриё летит к вам — видна точка ⊙, стрела улетает — виден крестик оперения ⊗.
Левая рука или «левый» буравчик дают направление поля ровно наоборот.
Для направления поля тока — всегда правая рука и обычный буравчик с правой резьбой: по часовой стрелке он вкручивается. Левая рука понадобится в другой теме — для силы, действующей на ток в магнитном поле.
Большой палец показывает направление линий именно внутри катушки. Снаружи линии идут в обратную сторону, от N к S.
Большой палец указывает на северный полюс; снаружи линии выходят из N и возвращаются в S.
Проверь себя
Ответь на вопросы — после каждого ответа появится пояснение.
-
Ток в проводе идёт от нас за плоскость рисунка. Как направлены линии его магнитного поля?
Показать ответ
Ответ: А) По часовой стрелке
Буравчик, уходящий от нас, вращается по часовой стрелке — так же направлены линии.
-
На сколько градусов повернётся магнитная стрелка возле провода, если направление тока сменить на противоположное?
Показать ответ
Ответ: 180
Линии поля меняют направление на противоположное, и стрелка разворачивается на 180°.
-
Что можно определить по правилу правой руки для катушки с током?
Правильных ответов несколько.
Показать ответ
Ответ: А) Направление линий поля внутри катушки; Б) Где у катушки северный полюс; Г) Направление тока по известным полюсам
Правило связывает направления тока и поля в обе стороны, но о величине тока ничего не говорит.
-
Из какого конца катушки магнитные линии выходят наружу?
Показать ответ
Ответ: Б) Из северного
Как и у полосового магнита, снаружи линии идут от северного полюса к южному.
-
Каким пальцем правой руки показывают направление поля внутри катушки?
Показать ответ
Ответ: Б) Большим пальцем
Четыре пальца кладут по току в витках, а отставленный большой палец показывает направление линий внутри катушки.
Результат:
Задачи для тренировки
От простых к сложным. Подсказку, решение и ответ открывай, только когда попробовал сам.
Длинный вертикальный провод проходит сквозь горизонтальный стол, ток в нём течёт сверху вниз. Как направлены магнитные линии вокруг провода, если смотреть на стол сверху?
Подсказка
Буравчик, который ввинчивается вниз, при взгляде сверху вращают в привычную сторону — как закручивают шуруп.
Решение
Поступательное движение буравчика — вниз, от наблюдателя. Такой буравчик при взгляде сверху вращается по часовой стрелке, значит, и магнитные линии направлены по часовой стрелке.
Ответ
Ток в прямом проводе поменяли на противоположный. Что произойдёт с магнитными стрелками, стоящими вокруг провода?
Решение
Направление магнитных линий зависит от направления тока. При смене тока линии меняют направление на противоположное, поэтому каждая стрелка развернётся на 180°.
Ответ
Катушку положили горизонтально. Если смотреть на её правый торец, ток в витках идёт по часовой стрелке. Где у катушки северный полюс?
Подсказка
Обхватите катушку правой рукой так, чтобы четыре пальца шли по току.
Решение
Если с правого торца ток виден идущим по часовой стрелке, то слева — против часовой. Обхватываем катушку правой рукой по току — большой палец показывает влево. Внутри катушки линии идут влево и выходят из левого торца, значит, там северный полюс.
Ответ
Над магнитной стрелкой, которая показывает на север, натянули провод вдоль стрелки — с юга на север. По проводу пустили ток с юга на север. Куда отклонится северный конец стрелки?
Подсказка
Найдите по правилу буравчика направление линий под проводом.
Решение
Ток идёт на север. Буравчик, ввинчиваемый на север, вращается так, что под проводом линии направлены на запад (сверху — на восток). Стрелка лежит под проводом, её северный конец повернётся на запад.
Ответ
У электромагнита с двумя катушками на подковообразном сердечнике на обоих концах, обращённых к нам, получились одинаковые полюса N. Что сделали неправильно и как это исправить?
Решение
У подковы концы должны быть разноимёнными — тогда линии идут по сердечнику от одного конца к другому. Одинаковые полюса значат, что ток в одной из катушек обходит сердечник «не в ту сторону» по сравнению с нужным. Достаточно поменять местами концы проводов у одной катушки (или перемотать её в другую сторону).
Ответ
Два одинаковых круглых витка висят на одной оси друг напротив друга. Токи в них текут в одну сторону, если смотреть вдоль оси. Притягиваются витки или отталкиваются?
Подсказка
Каждый виток — это маленький магнит. Определите его полюса правилом правой руки.
Решение
По правилу правой руки у обоих витков большой палец показывает в одну сторону вдоль оси. Значит, у каждого витка северный полюс с одной и той же стороны, и витки обращены друг к другу разноимёнными полюсами (N одного к S другого). Разноимённые полюса притягиваются.
Ответ
Для родителя
Как объяснить за 5 минут. Возьмите шуруп или винт и отвёртку: крутим по часовой стрелке — шуруп уходит вглубь. Скажите: шуруп идёт «по току», а отвёртка крутится «по линиям поля». Для катушки сожмите правую руку в кулак и отставьте большой палец, как в жесте «класс»: пальцы — ток по виткам, большой палец — северный полюс. Вопросы для проверки понимания: 1) Ток идёт к нам из листа — куда направлены линии? 2) Что будет со стрелками компасов вокруг провода, если поменять полюса батарейки? 3) Как найти северный полюс катушки, если известно, как по ней идёт ток? На что обратить внимание. Ребёнок должен уверенно различать ⊗ и ⊙ и не путать правую руку с левой. Если есть компас, батарейка и кусок провода, проверьте правило на опыте: короткое замыкание держите лишь пару секунд.