"Физика (базовый уровень)", Генденштейн Л.Э., Булатова А.А., Корнильев И.Н., Кошкина А.В.
Правило буравчика помогает определить направление магнитного поля, которое создаёт ток в проводнике. Для этого используют условный винт с правой резьбой: его поступательное движение связывают с направлением тока или поля, а вращение — с другим из этих направлений. У прямого проводника движение буравчика направляют вдоль тока, а вращение показывает направление магнитных линий. Для витка и катушки правило применяют иначе: вращение связывают с током, а движение вдоль оси — с полем внутри.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Правило буравчика — способ определить направление линий магнитной индукции по направлению электрического тока. Оно помогает представить пространственное направление поля без рисунка и прибора. Название связано с условным винтом, вращение которого можно мысленно сопоставить с током.
Буравчик — условный винт с правой резьбой: при вращении он перемещается вдоль своей оси. Направление вращения и поступательное движение не совпадают, а задаются взаимно связанно. Это позволяет применять правило к проводникам разной формы.
Направление тока — направление, в котором двигались бы положительные заряды. В металлическом проводнике электроны движутся в противоположную сторону, но в правиле используют именно условное направление тока. Без этого соглашения легко получить ошибку в направлении поля.
Линии магнитной индукции — линии, касательные к которым в каждой точке показывают направление магнитного поля. Они дают наглядный способ описывать поле и его направление. Вокруг прямого проводника такие линии имеют форму окружностей.
Когда по прямому проводнику проходит ток, движущиеся заряды создают вокруг него магнитное поле. Поле охватывает проводник, поэтому его линии располагаются не вдоль провода, а вокруг него. В идеальном случае их удобно изображать окружностями, центры которых лежат на оси проводника.
Чтобы найти направление этих окружностей, мысленно направляют поступательное движение буравчика вдоль условного тока. Такое соответствие выбрано так, что вращение винта совпадает с обходом линий магнитного поля. Поэтому сначала определяют, куда направлен ток, и только затем смотрят, куда вращается рукоятка.
Если ток развернуть, движение буравчика также нужно развернуть. Тогда его вращение пойдёт в противоположную сторону, а значит, изменится и направление линий магнитной индукции. Это следует из того, что направление поля связано с направлением тока, а не только с наличием тока.
У витка проводник замкнут, и ток движется по окружности. Буравчик вращают вокруг оси витка в ту же сторону, что и ток; его поступательное движение вдоль этой оси показывает направление поля в центре и внутри витка. Такое применение удобно, потому что отдельные участки поля складываются и дают общий результат вдоль оси.
Катушка состоит из нескольких витков, поэтому правило можно применять к её виткам. Их магнитные поля внутри катушки направлены преимущественно вдоль одной оси и усиливают друг друга. Если вращение буравчика согласовать с направлением тока в витках, его поступательное движение укажет направление общего поля внутри катушки.
В таблице отдельно указано, какое движение буравчика задают и что получают в результате. Сначала выбери строку, соответствующую форме проводника. Затем проверь, рассматриваешь ли ты прямой проводник или замкнутый виток: направление, которое задают буравчику, в этих случаях различается.
| Расположение тока | Как направить буравчик | Что показывает вращение или движение |
|---|---|---|
| Прямой проводник | Поступательное движение вдоль тока | Вращение показывает направление линий магнитной индукции вокруг проводника |
| Виток с током | Вращать в направлении тока по витку | Поступательное движение показывает направление поля внутри витка |
| Катушка с током | Вращать в направлении тока в витках | Поступательное движение вдоль оси показывает направление поля внутри катушки |
Задача 1. Ток в прямом вертикальном проводнике направлен вверх. Определите направление магнитного поля в точке справа от проводника.
Ответ: в точке справа от проводника магнитное поле направлено вглубь страницы. Проверка правой рукой даёт тот же результат: большой палец направлен вверх, а согнутые пальцы показывают направление поля.
Задача 2. Ток в круговом витке виден наблюдателю движущимся по часовой стрелке. Определите направление магнитного поля в центре витка.
Ответ: магнитное поле направлено от наблюдателя, вглубь страницы. Если бы тот же виток наблюдали с противоположной стороны, видимое направление тока оказалось бы обратным.
Задача 3. В катушке поле внутри направлено вправо. Определите направление тока в витках, если смотреть на левый торец катушки.
Ответ: ток в витках должен идти по часовой стрелке при взгляде на левый торец. При взгляде с правого торца тот же ток выглядел бы направленным против часовой стрелки.
Первая ошибка — подменять направление тока направлением движения электронов. Так поступают, потому что в металле именно электроны являются носителями заряда, но для правила принято направление движения положительных зарядов. Проверь себя: если дано направление тока, не меняй его на противоположное перед применением буравчика.
Вторая ошибка — у прямого проводника считать поступательное движение буравчика направлением поля. Его задают вдоль тока, а поле показывает вращение винта; путаница возникает из-за того, что правило использует сразу два направления. Проверь себя по двум вопросам: куда направлен ток и что именно показывает вращение.
Третья ошибка — для витка направлять буравчик поступательно вдоль тока. У витка ток задаёт вращение буравчика, а его поступательное движение указывает поле внутри; ошибка появляется, когда правило для прямого провода переносят без изменений. Проверь себя по форме проводника и таблице: для витка сначала сопоставляют с током именно вращение.
Четвёртая ошибка — не указывать, с какой стороны наблюдают виток или катушку. При смене стороны направление, видимое как движение по часовой стрелке, меняется на противоположное, хотя физический ток остаётся прежним. Перед ответом обозначь точку наблюдения и только потом определяй видимое направление тока.
Для применения правила нужно знать, что электрический ток создаёт магнитное поле, и помнить условное соглашение о направлении тока. Эти идеи помогают перейти от описания электрического явления к определению направления магнитного поля. Правило используют при изучении поля проводников и катушек, а также при разборе электромагнитной индукции и действия магнитного поля на ток.
Как определить направление магнитного поля вокруг прямого проводника с током?
Направьте поступательное движение буравчика вдоль условного направления тока. Направление его вращения покажет, куда направлены линии магнитного поля вокруг проводника.
Почему в правиле буравчика используют условное направление тока, а не движение электронов?
Направление тока условно принято таким, каким двигались бы положительные заряды. В металле электроны движутся противоположно, но это не меняет принятого правила: для буравчика берут именно условное направление тока.
Что показывает вращение буравчика, а что — его поступательное движение?
У прямого проводника поступательное движение буравчика направляют вдоль тока, а вращение показывает направление магнитных линий. Для витка вращение задают по току, и тогда поступательное движение указывает направление поля внутри витка.
Как применить правило буравчика к витку с током?
Мысленно вращайте буравчик в ту же сторону, что и ток в витке. Куда при этом движется винт вдоль оси витка, туда направлено магнитное поле в его центре.
Как определить направление тока в катушке, если направление её магнитного поля известно?
Направьте поступательное движение буравчика вдоль известного поля внутри катушки. Направление вращения рукоятки покажет, в какую сторону должен идти ток в витках; при определении направления по торцу катушки обязательно укажите, с какой стороны на неё смотрите.
5. Правило буравчика
