И кру­гового витка с током. Правило буравчика

Рассматривая внимательно рис. 7.18, на котором изображены картины линий магнитного поля, полученные с помощью железных опилок, для поля длин­ного прямолинейного провод­ника и для поля кругового витка с током, мы сначала обращаем внимание на то, что линии магнитного поля имеют вид замкнутых линий. Это свой­ство их является общим и очень важным. Какова бы ни была форма проводников, по которым идет ток, линии создаваемого им магнитного поля всегда замкнуты сами на себя, т.е. не имеют ни начала, ни конца. В этом су­щественное отличие магнитного поля от электрического, линии которого всегда начинаются на одних зарядах и кончаются на других.

Мы видели, например, что линии электрического поля заканчиваются на поверхности металлического тела, которая оказывается заряженной, и внутрь металла электрическое поле не проникает. Наблюдение же над магнитным полем показы­вает, наоборот, что линии его никогда не оканчиваются на какой-нибудь поверхности. Когда магнитное поле со­здается постоянными магнитами, то не так легко просле­дить, что и в этом случае магнитное поле не оканчивается на поверхности магнитов, а проникает внутрь их, ибо мы не можем использовать железные опилки для наблюдения того, что делается внутри железа. Однако и в этих слу­чаях тщательное исследование показывает, что магнитное поле проходит сквозь железо, и линии его замыкаются сами на себя, т.е. являются замкнутыми.

Если в опытах, дающих картины магнитного поля тока, заменить опилки маленькими магнитными стрелками, то северные концы их укажут направление линий поля, т.е. направление поля. На рис. 7.19 показана связь между направлением тока в прямолинейном провод­нике и направлением линий магнитного поля, создаваемого этим током: а – ток направлен сверху вниз; б – ток направлен снизу вверх.

Рис. 7.19

Рис. 7.20 Рис. 7.21

Как видно, при изменении направления тока изменяется и направление магнитного поля. Взаимную связь между направлением тока и направлением поля, им создаваемого, легко запом­нить при помощи правила буравчика (рис. 7.20).

Если ввинчивать буравчик (правый винт) так, чтобы он шел по направлению тока, то направление вращения его ручки укажет направление поля (направление линий поля).

В такой форме это правило особенно удобно для уста­новления направления поля вокруг длинных прямоли­нейных проводников. В случае кольцевого проводника то же правило применимо к каждому его участку. Еще удобнее для кольцевых проводников правило буравчика сформулировать так:

Если ввинчивать буравчик так, чтобы он шел по направ­лению поля (вдоль линий поля), то направление вращения его ручки укажет направление тока (рис. 7.21).

Нетрудно видеть, что обе формулировки правила бу­равчика совершенно равноценны, и их можно одинаково применять к определению связи между направлением тока и направлением магнитной индукции поля при любой форме проводников.

Рис. 7.22   Рис. 7.23

Для тех, кто недостаточно хорошо представляет себе буравчик, предложим еще один способ определения направлений линий магнитной индукции по заданному направлению тока – правило правого кулака (ППК). Оно формулируется так (рис. 7.22):

Если кулаком правой руки обхватить провод так, чтобы большой палец показывал направление тока, то остальные пальцы укажут направление линий магнитной индукции.

На рис. 7.23 показаны линии магнитной индукции витка с током. Виток можно представить как совокупность малых прямолинейных участков, поэтому направление линий ин­дукции по-прежнему определяется ППК.

Задача 7.1. Как, пользуясь компасом, можно определить знаки полюсов источника тока?

Решение. Проще всего это сделать, повторив опыт Эрстеда и воспользовавшись правилом буравчика (или ППК). Расположим провод, по которому пока ток не течет, в направлении с севера на юг и подвесим над ним магнитную стрелку (рис. 7.24, а). Стрелка будет расположена параллельно проводу.

Рис. 7.24

Теперь включим ток. Если стрелка повернется, как показано на рис. 7.24, б, то ток течет от точки А к точке В. Значит, в точке А – плюс, а в точке В – минус. Если стрелка повернется, как показано на рис. 7.24, в, то ток течет от В к А. Значит, в точке В – плюс, а в точке А – минус.

Читатель: По-моему, можно воспользоваться круговым током (рис. 7.25, а). Сначала расположим виток провода так, чтобы плоскость витка была параллельна стрелке. Затем подадим ток.

а б в

Рис. 7.25

Если ток течет от А к В, то вектор в центре витка согласно правилу буравчика будет направлен влево (рис. 7.25, б). Значит, северный полюс витка с током будет слева, а южный – справа. Стрелка повернется в направлении вектора , т.е. северный полюс стрелки повернется влево. Если ток идет от В к А, то вектор будет направлен вправо, туда же повернется и северный полюс стрелки компаса.

Автор: Вы совершенно правы.

СТОП! Решите самостоятельно: А5–А8, В6–В7, С2.

Рис. 7.26

Рис. 7.27

Задача 7.2. Круглый виток провода свободно висит на под­водящих проводах. По витку течет ток указанного на рис. 7.26 направления. Как поведет себя виток, если перед ним поместить линейный магнит: а) обращенный юж­ным полюсом к витку; б) обращенный северным полюсом к витку; в) расположенный параллельно плоскости витка южным полюсом справа?

Решение. Сначала по правилу буравчика определим направление вектора магнитной индукции в центре витка (рис. 7.27). Вектор направлен внутрь рисунка, т.е. «от нас». Значит, впереди плоского кольца южный полюс, а за кольцом – северный. Виток ведет себя так же, как магнит. Поэтому если мы поднесем к витку магнит южным полюсом, то виток оттолкнется от магнита (рис. 7.28, а), а если северным, то притянется (рис. 7.28, б).

Рис. 7.28

Если поднести к витку магнит, расположенный в плоскости витка южным полюсом справа (рис. 7.29, а), произойдет то же самое, как если бы мы поднесли магнит к подвешенному на нити плоскому магниту (7.29, б). Подвешенный магнит развернется северным полюсом вправо и притянется к поднесенному магниту.

Рис. 7.29

СТОП! Решите самостоятельно: А9–А10, В8–В10, С3, С4.