Schetchiksg.ru

Счетчик СГ
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Приведите примеры технического применения теплового действия тока

Физика. 10 класс

§ 35. Электрический ток в электролитах

При изучении предыдущего параграфа вы узнали, что в металлах перенос заряда не сопровождается переносом вещества, а носителями свободных зарядов являются электроны. Но существует класс проводников, прохождение электрического тока в которых всегда сопровождается химическими изменениями и переносом вещества. Какова природа электрического тока в таких проводниках?

Природа электрического тока в электролитах. Из опытов следует, что растворы многих солей, кислот и щелочей, а также расплавы солей и оксидов металлов проводят электрический ток, т. е. являются проводниками. Такие проводники назвали электролитами.

Электролиты — вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток.

Проведём опыт. Соберём электрическую цепь, состоящую из источника тока, лампы накаливания и ванны с дистиллированной водой, в которой находятся два угольных электрода. При замыкании цепи лампа не светится, следовательно, дистиллированная вода не проводит электрический ток. Повторим опыт, добавив в дистиллированную воду сахар. Лампа не светится и в этом случае. Раствор сахара в воде также не является проводником. А теперь добавим в дистиллированную воду небольшое количество соли, например, хлорида меди(II) CuCl2. В цепи проходит электрический ток, о чём наглядно свидетельствует свечение лампы ( рис. 200 ). Следовательно, раствор соли в воде является проводником электрического тока, т. е. при растворении хлорида меди(II) в дистиллированной воде появились свободные носители электрического заряда.

Изучая химию, вы узнали, что при растворении солей, кислот и щелочей в воде происходит электролитическая диссоциация, т. е. распад молекул электролита на ионы. В проведённом опыте хлорид меди(II) CuCl2 в водном растворе диссоциирует на положительно заряженные ионы меди Cu 2+ и отрицательно заряженные ионы хлора Cl − .

Ионы Cu 2+ и Cl − в растворе при отсутствии электрического поля движутся беспорядочно. Под действием внешнего электрического поля на беспорядочное движение ионов накладывается их направленное движение ( рис. 201 ). При этом положительно заряженные ионы Cu 2+ движутся к катоду (электроду, подключённому к отрицательному полюсу источника тока), отрицательно заряженные ионы Cl − — к аноду (электроду, подключённому к положительному полюсу источника тока). На аноде будет происходить процесс окисления ионов Cl − до атомов.

Нейтральные атомы образуют молекулы хлора, который выделяется на аноде:

На катоде будет происходить процесс восстановления ионов Cu 2+ до нейтральных атомов и осаждение металлической меди:

Это явление называют электролизом.

Электролиз — процесс выделения на электроде вещества, связанный с окислительно-восстановительными реакциями, протекающими при прохождении электрического тока через растворы (расплавы) электролитов.

Таким образом, свободные носители электрического заряда в электролитах — положительно и отрицательно заряженные ионы, которые образуются в результате электролитической диссоциации, а проводимость электролитов является ионной. Электролиты относят к проводникам второго рода.

Почему опасно прикасаться голыми руками к неизолированным металлическим проводам, по которым проходит электрический ток?

Конспект лекций по физике для студентов 1-2 курсов специальностей технического профиля СПО Раздел 2. Постоянный ток (стр. 4 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Вопросы для самоконтроля.

1. Сформулируйте закон Ома для участка цепи с ЭДС.

2. Поясните физический смысл электродвижущей силы, напряжения и разности потенциалов.

3. В чем состоит закон Ома для полной цепи? Каков его физический смысл?

4. В чем состоят и на чем основаны правила Кирхгофа?

Лекция № 4. Работа и мощность тока. Тепловое действие тока.

Цель: ввести понятия «работа тока» и «мощность тока»; рассмотреть преобразование электрической энергии в тепловую, ее законы и применение.

Работа тока – работа, совершаемая электрическим полем на определенном участке электрической цепи.

Мощность тока – работа тока за единицу времени.

4.1. Работа и мощность тока.

При постоянной силе тока I через каждое сечение проводника за время dt переносится электрический заряд dq = Idt. Рассмотрим два сечения 1 и 2 в цепи постоянного тока. За время dt через первое сечение в объем проводника между сечениями 1 и 2 войдет заряд dq, и за это же время через второе сечение из этого объема выйдет такой же заряд dq, что эквивалентно непосредственному переносу заряда dq между сечениями 1 и 2 за время dt. При этом электрическое поле на участке 1-2 совершает работу dA, равную произведению dq на разность потенциалов между этими сечениями:

,

здесь через U обозначена разность потенциалов .

Работа, совершаемая электрическим полем на определенном участке электрической цепи, называется работой тока.

Физическую величину, равную отношению работы тока dA ко времени ее совершения dt, называют мощностью тока. Мощность тока будем обозначать буквой Р. По определению:

Читайте так же:
Автоматические выключатели с функцией тепловой защиты

.

Единицей мощности в СИ служит ватт (Вт).

4.2. Закон Джоуля-Ленца для однородного участка цепи.

Рассмотрим преобразование энергии на отдельном участке электрической цепи. Если участок не содержит ЭДС, то для него выполняется закон Ома. Умножив последний на Idt, получим

.

Правая часть представляет работу тока на рассматриваемом участке проводника. Согласно закону сохранения энергии эта работа расходуется на изменение внутренней энергии (нагревание) проводника и выделение некоторого количества теплоты в окружающую среду (при условии, что проводник неподвижен и в нем не происходит химических реакций). Так происходит до тех пор, пока проводник не нагреется до некоторой температуры Т, при которой заканчивается его нагревание (внутренняя энергия перестает изменяться) и вся работа тока затрачивается на выделение теплоты dQ в окружающую среду, т. е.

.

Т. о., количество теплоты, выделяемое в проводнике при протекании в нем постоянного тока, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока. Этот закон носит название закона Джоуля-Ленца. Механизм этого выделения достаточно прост: носители тока в результате работы сил поля приобретают дополнительную кинетическую энергию и затем расходуют ее на возбуждение колебаний решетки при столкновении с ее узлами-атомами.

Зависимость количества теплоты, выделяющейся в проводнике при прохождении тока, от сопротивления проводника можно продемонстрировать на следующих опытах. Возьмем два куска медной и нихромовой проволоки, одинаковых по длине и площади поперечного сечения. Удельное сопротивление нихрома приблизительно в 60 раз больше удельного сопротивления меди. Во столько же раз сопротивление куска R1 нихромового провода больше сопротив

ления R2 медного провода. Соединим эти провода последовательно и включим их в цепь аккумуляторной батареи Б через резистор (рис. а). Подбирая величину R его сопротивления, можно добиться того, что нихромовый провод раскалится докрасна. Температура медного провода при этом повысится незначительно, и до него можно дотронуться рукой. Этот опыт легко объяснить с помощью первой формулы . Сила тока в последовательно соединенных проводах одинакова. Поэтому выделяющиеся в них количества теплоты пропорциональны их сопротивлениям:

.

Соединим теперь медный и нихромовый провода параллельно и вновь включим в цепь аккумуляторной батареи (рис. б). В этом случае картина изменяется: медный провод раскаляется докрасна, а нихромовый почти не нагревается. Для объяснения этого опыта удобно воспользоваться формулой . Напряжения на параллельно соединенных проводах одинаковы. Поэтому выделяющиеся в проводах количества теплоты обратно пропорциональны их сопротивлениям:

.

4.3. Закон Джоуля-Ленца для неоднородного участка цепи и полной цепи.

Рассмотрим закон Джоуля-Ленца для неоднородного участка цепи. Если участок цепи содержит источник ЭДС, то для него справедлив закон Ома для неоднородного участка цепи. Умножая левую и правую части последнего на Idt, получим:

I E dt.

Из данного выражения видно, что количество теплоты, выделяющееся на неоднородном участке цепи, определяется алгебраической суммой работ тока и сторонних сил на этом участке. Отсюда видно, что протекание тока в таком участке сопровождается не только выделением теплоты, но и другими процессами, связанными с превращением энергии.

Для расчета количества теплоты в замкнутой цепи используем закон Ома для полной цепи. Умножив левую и правую части последнего на Idt, получим:

Eк.

Левая часть данного равенства представляет собой энергию, выделившуюся в цепи за время dt в соответствии с законом Джоуля-Ленца. Правая часть определяет работу по перемещению заряда в замкнутой электрической цепи, совершенную источником ЭДС. Анализируя данное равенство, еще раз убеждаемся в том, что ЭДС численно равна работе перемещения по замкнутой цепи единичного положительного заряда, совершаемой сторонними силами.

4.4. Тепловое действие тока.

Технические применения теплового действия тока многообразны: лампы накаливания, электропечи и различные бытовые нагревательные приборы, дуговая и контактная электросварка, электронные лампы, измерительная техника и т. п.

Чтобы сосредоточить выделение мощности тока в нужном участке цепи, необходимо цепь тока составить так, чтобы сопротивление того участка, где должно быть сосредоточено тепловое действие тока, значительно превышало сопротивление всех остальных участков цепи. Действительно, когда проводники включены в цепь последовательно, то ток I в них одинаков и количество тепла, выделяемого в каждом проводнике ежесекундно, прямо пропорционально сопротивлению проводника. Поэтому нить лампочки накаливания, имеющая большое сопротивление, раскаляется, тогда как медные провода, ведущие к ней ток, остаются холодными. То же можно сказать о нагревательных приборах. По той же причине место плохого соединения двух проволок (плохой контакт) электрической сети сильно нагревается током (для предотвращения этого в электрических установках концы соединяемых проволок тщательно спаивают).

Сосредоточение отдаваемой мощности (при последовательном соединении проводников) в проводнике, имеющем большое сопротивление, используется, в частности, при распылении металлов током. В этом случае ток подводят по массивным проводникам к тонкой проволочке и почти вся мощность тока идет на нагревание этой тонкой проволочки. Если взять батарею конденсаторов большой емкости, зарядить ее до разности потенциалов в десятки тысяч вольт и затем через массивные проводники и тонкую серебряную или другую проволоку разрядить эту батарею конденсаторов, то получается столь интенсивный разогрев проволоки, что она, не успев расплавиться, распыляется со вспышкой ослепительного белого света. В таких опытах была достигнута температура порядка 20 000 °C, т. е. в три раза более высокая, чем температура поверхности Солнца. Распыление проволок током применяют для покрытия поверхностей тонким слоем металла – для металлизации поверхностей.

Читайте так же:
Тепловое действие тока 8 класс кратко

При параллельном соединении токи в проводниках будут разные, зато все они имеют общее напряжение; количества тепла, выделяемого ежесекундно, в этом случае обратно пропорциональны сопротивлениям, т. е. явление как раз противоположно тому, что наблюдается при последовательном соединении проводников. Поэтому если лампочки накаливания включены в цепь параллельно, как это и делается обыкновенно, то лампочка с меньшим сопротивлением будет брать на себя больше энергии, чем лампочка с большим сопротивлением.

Вопросы для самоконтроля.

1. Что называется работой тока?

2. Что называется мощностью тока? В чем она измеряется?

3. Сформулируйте закон Джоуля-Ленца для однородного участка цепи.

4. В чем состоит закон Джоуля-Ленца для неоднородного участка цепи

5. Приведите примеры технического применения теплового действия тока.

Тема 2. Ток в металлах

Лекция № 5. Классическая электронная теория проводимости металлов.

Цель: ознакомиться с классической электронной теорией проводимости металлов, вывести на ее основе законы постоянного тока, рассмотреть ее достоинства и недостатки.

Электронный газ – модель, описывающая поведение свободных электронов в металле.

Конденсатор — ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Тип урока: урок открытия нового знания.

Используемые технологии: здоровьесбережения, информационно-коммуникационные, развития критического мышления, педагогики сотрудничества.

Цели: познакомить учащихся с устройством и назначением конденсатора, с видами конденсаторов; научить рассчитывать основные величины, характеризующие конденсатор.

Формируемые УУД: предметные: научиться объяснять принцип работы, устройство и назначение конденсаторов; объяснять явления, происходящие в электрической цепи с конденсатором; рассчитывать величины, характеризующие конденсатор: электроемкость, энергию электрического поля; метапредметные: планировать учебное сотрудничество, полно и точно выражать свои мысли в соответствии с условиями коммуникации; выделять и осознавать то, что уже усвоено и что еще подлежит усвоению; ставить учебную задачу в сотрудничестве с учителем, осознавать качество и уровень усвоения; анализировать и синтезировать знания, выводить следствия, устанавливать причинно-следственные связи, строить логическую цепь рассуждений, выдвигать и обосновывать гипотезы, приводить примеры, подбирать аргументы, формулировать выводы; определять объект познания, искать и выделять значимые функциональные связи и отношения между частями целого; личностные: формирование умения видеть физические явления и законы в технических решениях.

Приборы и материалы: эбонитовая палочка, сукно, электрофорная машина, конденсаторы, электрометр, диэлектрическая пластина, лампочка, соединительные провода, электронное приложение к учебнику.

I. Организационный этап

(Учитель и ученики приветствуют друг друга, выявляются отсутствующие.)

II. Актуализация знаний. Проверка домашнего задания

(Учитель проводит фронтальный опрос по вопросам и заданиям учебника, задает дополнительные вопросы.) Дополнительные вопросы

— Приведите примеры использования теплового действия тока в быту и на производстве.

— Какими свойствами должен обладать металл, из которого изготавливают нагревательные элементы?

— Что такое короткое замыкание? Чем оно опасно?

— Что такое предохранитель? Какие виды предохранителей используют?

III. Изучение нового материала

Для накопления значительных разноименных электрических зарядов применяются конденсаторы. Конденсатор — это устройство для накопления заряда, состоящее из двух проводников (обкладок), разделенных диэлектриком, находящихся на небольшом расстоянии друг от друга. Конденсаторы бывают различных форм (плоские, сферические, цилиндрические) и размеров, а также заполненные различными диэлектриками (жидкостями, газами или твердыми веществами), в зависимости от области их применения. Если через конденсатор пропустить электрический ток, то одна из его пластин зарядится положительно, а вторая — отрицательно, между пластинами возникнет электрическое поле. Если соединить пластины заряженного конденсатора проводником, то по нему будет проходить электрический ток, а значит, конденсатор сам станет кратковременным источником тока.

Демонстрация 1. Зарядка конденсатора от эбонитовой палочки или электрофорной машины. Свечение лампочки, подключенной к конденсатору.

Свойство конденсатора накапливать заряд называется электроемкостью. Электроемкость конденсатора равна отношению заряда q к напряжению U между обкладками конденсатора

Единица электроемкости в системе СИ — фарад.

Электроемкость в 1 Ф — очень большая величина, поэтому на практике чаще используются дольные единицы: мкФ (микрофарады), пФ (пикофарады).

Читайте так же:
Автоматический выключатель с уставкой теплового расцепителя

Электроемкость плоского конденсатора зависит от ряда величин:

• расстояния между обкладками;

Демонстрация 2. Сравнение показаний электрометра, подключенного к конденсатору: при сдвигании пластин относительно друг друга, изменении расстояния между пластинами заряженного конденсатора, внесении диэлектрической пластины в пространство между обкладками конденсатора.

(После демонстрации опытов ученики самостоятельно делают вывод.)

Вывод. Электроемкость плоского конденсатора можно увеличить путем увеличения площади обкладок, уменьшая расстояние между ними и применяя диэлектрики с большими значениями диэлектрической проницаемости.

(Учитель демонстрирует учащимся анимационный ролик 113 “Конденсатор” из электронного приложения к учебнику.)

Заряженный конденсатор всегда обладает энергией, поскольку сначала, в процессе зарядки конденсатора, необходимо совершить работу по разделению зарядов, которая и будет численно равна энергии конденсатора, т. е.

Работу, которую совершает электрическое поле конденсатора, найдем па формуле

где Ucp — среднее значение напряжения.

Поскольку напряжение на конденсаторе изменяется в процессе его разрядки, то целесообразно использовать для расчета среднее значение напряжения тогда так как то

Значит, энергия конденсатора емкостью С будет равна

Конденсаторы могут в течение длительного времени накапливать энергию, а затем быстро отдать ее. Это свойство широко используется в различных электронных устройствах (радио- и фототехнике), медицинских аппаратах и пр.

IV. Закрепление изученного материала. Решение задач

(Ученики решают задачи. Учитель разбирает задачи, вызвавшие затруднение.)

1. Какой величины заряд сосредоточен на каждой из обкладок конденсатора емкостью 10 мкФ, заряженного до напряжения 100 В?

2. Рассчитайте емкость и энергию конденсатора, обладающего зарядом 4,4 мКл, если напряжение между его обкладками составляет 220 В.

Ответ: 20 мкФ; 484 мДж.

(Ученики оценивают свою работу на уроке и качество усвоения материала по методу “Бассейн”.)

Каждый ученик с помощью магнита указывает свою фамилию на нарисованном на ватмане бассейне. Названия уровней бассейна:

1. Утонул в непонимании вначале.

2. Захлебнулся в середине дистанции.

3. Доплыл до финиша, но очень устал.

4. Доплыл с уверенностью до финиша.

5. Установил личный рекорд.

1. § 54 учебника, вопросы к параграфу.

2. Выполнить упр. 38 на с. 156 учебника.

3. Выполнить задания к параграфу (по желанию).

Библиотека образовательных материалов для студентов, учителей, учеников и их родителей.

Наш сайт не претендует на авторство размещенных материалов. Мы только конвертируем в удобный формат материалы из сети Интернет, которые находятся в открытом доступе и присланные нашими посетителями.

Если вы являетесь обладателем авторского права на любой размещенный у нас материал и намерены удалить его или получить ссылки на место коммерческого размещения материалов, обратитесь для согласования к администратору сайта.

Разрешается копировать материалы с обязательной гипертекстовой ссылкой на сайт, будьте благодарными мы затратили много усилий чтобы привести информацию в удобный вид.

© 2014-2021 Все права на дизайн сайта принадлежат С.Є.А.

Правило левой руки: применение правила Буравчика, формулы, примеры задач

История открытия правила Буравчика

В 19-м веке была обнаружена связь между магнетизмом и электричеством. В это же время было сформировано понятие магнитного поля. Впервые оно было обнаружено датским ученым-физиком Х. Эрстедом.

После этого открытия, ученые ряда стран провели многочисленные эксперименты, которые установили широкий спектр действия поля, нередко выходящий за рамки исследуемого объекта. Было открыто и его круговое вращение.

В дальнейшем, исследования перешли в сферу изучения вопроса – в каких направлениях действует магнетизм. Выяснилось, что его влияние может быть разносторонним, и меняется от того, каким образом располагаются полюса и силы, оказывающие влияние на проводник.

По результатам экспериментов было открыто и оформлено правило левой и правой руки. Первым каноном выявляется направленность сил, влияющих на проводящий материал, а вторым – направленность магнитных линий.

С целью полного отображения было принято специальное определение и другие обозначения. Отображение поля выполняется в виде концентрических линий. Чем чаще они расположены относительно друг друга, тем выше сила действующего поля. Каждая из них получается замкнутой и не пересекается с соседними. Если узнать их направленность, можно установить, куда смотрит вектор магнитной индукции. Возможно и обратное действие, поскольку направление вектора будет соприкасаться с каждой точкой этих линий.

Проведенные опыты позволили сформулировать и закон Буравчика. Когда он вкручивается, резьба будет двигаться по часовой стрелке, то есть вправо. В таком же направлении осуществляется движение силовых магнитных линий. Правило левой руки дополняет правило Буравчика, устанавливая направленность силы, действующей на электрический провод.

Объяснение названия

Большинство людей помнят упоминание об этом из курса физики, а именно раздела электродинамики. Так вышло неспроста, ведь эта мнемоника зачастую и приводится ученикам для упрощения понимания материала. В действительности правило буравчика применяют как в электричестве, для определения направления магнитного поля, так и в других разделах, например, для определения угловой скорости.

Читайте так же:
Установка теплового реле по току

Под буравчиком подразумевается инструмент для сверления отверстий малого диаметра в мягких материалах, для современного человека привычнее будет привести для примера штопор.

Важно! Предполагается, что буравчик, винт или штопор имеет правую резьбу, то есть направление его вращения, при закручивании, по часовой стрелке, т.е. вправо.

На видео ниже предоставлена полная формулировка правила буравчика, посмотрите обязательно, чтобы понять всю суть:


Правило левой руки

Если определять физические величины по правилу левой руки, то ее ладонь располагается в таком положении, что четыре пальца направлены вперед, а большой отвернут в бок. Прямые пальцы указывают в сторону направления тока, а оттопыренный большой – направление устремления вектора приложенных усилий. При этом, направление индукции заходит и упирается в ладошку сверху под углом девяносто градусов.

Что определяет закон

По итогам выполнения многочисленных экспериментальных опытов было выведено определение, которое впоследствии стало именоваться правилом левой руки. Оно связало между собой направленности электротока и концентрических линий, а также влияние на проводящий материал силы магнетических полей. Живой пример отражен на картинке, где хорошо видно взаимодействие физических составляющих. Направленность силовых линий и функционирующего магнитного поля не совпадают, их действие направлено в совершенно разные места.

Когда направленность электротока и проводника будет совмещаться с линиями, то силовое влияние на проводящий материал в данном случае отсутствует. В результате, указанный постулат перестанет работать.

Примеры задач в физике электротехнике

В качестве примеров будут рассмотрены задачи, связанные с силой Ампера. Примеры решений специфические, но сам метод решения довольно простой.

Задача № 1

Исходные данные для выполнения: длина проводника – 20 см, сила тока, протекающая в нем – 300 мА, угол между проводником и вектором магнитной индукции – 45о. Величина магнитной индукции – 0,5 Тл.

Требуется найти силу однородного магнитного поля, воздействующую на проводник.

Решение: необходимо применять основную формулу – Fa = B x I x L x sinα. Подставив нужные значения, получаем: Fa = 0,5 Тл х 0,3А х 0,2 м х (√2/2) = 0,03 Н.

Задача № 2

Исходные данные для решения: Проводник помещен в магнитное поле, индукция которого составляет 10 Тл. Сила действия магнитного поля перпендикулярна проводнику и составляет 20 Н. Сила тока, протекающего в проводнике – 5А.

Как связано магнитное поле с Буравчиком и руками

Рассматривая движение полей токовой и магнитной природы, можно легко проследить взаимную связь правила Буравчика с канонами правой и левой руки. Для более качественного сравнения этих понятий, следует рассмотреть, что они представляют собой по отдельности.

Закон Буравчика точно устанавливает направленность напряженности, вызываемой магнитными полями. При этом само поле должно размещаться в прямом направлении по отношению к проводящему материалу с электротоком.

Для более полного представления берется штопор с правой резьбой и ввинчивается по часовой стрелочке в сторону протекания тока. Направленность магнетических полей соответствует правостороннему движению штопорной рукоятки.

Правило правой руки может рассматриваться в двух вариантах. В одном из них пальцы, согнутые в кулак, охватывают неподвижный токопроводник. Они обозначают, в какую сторону смотрит вектор магнитных линий, который, как и у рукоятки Буравчика, будет по ходу часовой стрелки. Самый крупный палец отступает на 90º и показывает, в какую сторону движется ток.

Если же токопровод движется, то правая рука размещается иным способом. Ладонь устанавливается между северным и южным полюсами так, чтобы она была в перпендикулярности с силовыми линиями, проходящими через нее. Крупный палец фиксируется в вертикальном положении и показывает в сторону направленного движения проводника. Оставшиеся пальцы, протянутые вперед, смотрят в ту же сторону, что и индукционный ток. Эта установка нашла свое применение в расчетах катушечных соленоидов, оказывающих воздействие на физические свойства тока.

Отделяя друг от друга правило правой и левой руки, их физика показывает, что второй вариант, используемый в расчетах, действует по-другому. Левая ладошка размещается в таком положении, чтобы четыре пальца были направлены в сторону тока, продвигающегося по проводнику. Магнитные линии, перемещаясь от одного полюса к другому, заходят в ладошку под 90 градусов. Оттопыренный крупный палец смотрит в ту же сторону, что и сила, воздействующая на токопроводник.

Магнитное поле в соленоиде

Законы правой и левой руки в физике, разобранные ранее, на сто процентов действуют лишь для прямолинейных токопроводников. Однако, довольно часто провода используются в виде катушек или соленоидов, где все процессы происходят по-другому.

Читайте так же:
Как снять розетку теплого пола

Известно, что под влиянием электротока, проходящего внутри провода, образуется круговое магнитное поле. В катушечных соленоидах провод сворачивается в виде колец и многократно оборачивается вокруг сердечника. Здесь правило Буравчика в чистом виде уже не функционирует, поскольку происходит существенное усиление магнетических полей. Но, его условные линии направлены так же, как и у постоянных магнитов, поэтому в таком случае возможно применение правила правой руки.

Сначала соленоид охватывается так, чтобы самый крупный палец смотрел в направлении северного магнитного полюса. Он же отображает направление вектора магнитной индукции. Остальные четыре пальчика располагаются в направлении протекания тока.

Возможно частично применить и правило штопора. Его следует установить и закручивать в направлении тока, тогда острие станет перемещаться в направлении электромагнитной индукции. Эта установка действует не только для всей катушки, но и для одиночного витка.

Особенности соленоида

Электромагнитное поле создает катушка, подключенная к источнику питания. На примере с кольцевой конструкцией понятно неравномерное распределение силовых линий. Это затрудняет создание рабочих схем с заданными расчетными параметрами.

Отмеченный недостаток устраняют с применением соленоида. При достаточно большом количестве витков в центральной части образуется равномерное поле с параллельными силовыми линиями. «Краевыми» искажениями, если длина значительно больше, по сравнению с диаметром, можно пренебречь. Фактически эта конструкция выполняет функции постоянного магнита. Существенное преимущество – возможность создания изделий с определенными расчетом (изменяемыми) рабочими параметрами.


Катушка и кольцевая конструкция

Для уточнения параметров поля берут катушку, как показано на картинке. Сжатые пальцы направляют с учетом подключенного электропитания. Обеспечивают совпадение с током. Большой палец отгибают в сторону. Он будет показывать сторону, в которую направлен вектор силовых линий магнитной индукции.

К сведению. Аналогичным образом применяют правило буравчика. По этой методике винт вкручивают от «+» подключенной аккумуляторной батареи к «минусовой» клемме.

Что связано с левой рукой

В целях правильного использования физических понятий, нельзя смешивать друг с другом Буравчик и левую руку. В одном случае определяются направленности магнетических линий и электротока, а второй вариант заключается в установлении силы, оказывающей влияние на проводящий материал.

В отдельных случаях не все точно знают, как пользоваться «левой рукой». Но что бы ни говорили, все очень просто. Выпрямленная рука размещается ладонью вверх между двумя полюсами вдоль токопроводника. Магнитные линии условно пронзают открытую ладошку. Все пальцы направлены по ходу течения тока, а оттопыренный самый крупный палец совпадает с направлением вектора силы, которая получила название силы Ампера.

С помощью левой руки можно определить не только силу Ампера, но и силу Лоренца. В последнем случае – это способ, применяемый к отдельным заряженным частицам. Его смысл состоит в расположении пальцев левой ладони в направлении движения заряда. Когда вектор В будет проходить сквозь ладонь, большой палец будет смотреть в сторону действия силы Ампера. При наличии отрицательного заряда, пальцы должны располагаться в противоположном направлении.

Общее (главное) правило

Рассматриваемая методика применима не только для решения электротехнических задач. Общие принципы справедливы для многих процессов, которые описывают с применением векторных обозначений. Эта форма позволяет, кроме амплитуды, оперировать с направлением силы. В определенной ситуации результирующее воздействие определяется умножением соответствующих векторов.


Декартова система координат

На практике чаще используют первый пример на картинке – правый (положительный) базис. В соответствии с базовым определением подразумевается совмещенное положение векторов. В этом варианте кратчайший поворот от первого (i) ко второму (j) выполняется против направления движения стрелок на циферблате чатов.

Для произведения двух векторов

Удобный для практического применения закон буравчика создан с учетом типовых технических решений. Шурупы и другие крепежные изделия, как правило, изготавливают с аналогичной резьбой (правой). Это соответствует физиологии человека, позволяет развивать большие усилия естественным движением кисти руки.


«Оружейное» мнемоническое правило

Запомнить метод буравчика можно с помощью показанной на рисунке конфигурации пальцев, которой изображают «пистолет». Для устойчивой ассоциации с определенными физическими величинами нужно вспомнить англоязычную аббревиатуру американских спецслужб (ФБР – FBI). При таком расположении пальцы будут показывать следующие вектора:

  • большой – ток в проводнике (I);
  • указательный – магнитную индукцию (B);
  • средний – силовое воздействие (F).

Для базисов

Аналогичным образом запоминают ориентацию векторных составляющих при рассмотрении базисов. Также применяют мнемоническое правило на основе часов. В таком варианте два вектора ассоциируются со стрелками часов. Результат умножения направлен в глубину механизма либо к наблюдателю, соответственно.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию