淺談磁與電磁的四個重要定則

周姝紅

在物理電學(xué)部分,講到了磁與電磁的相關(guān)知識,在生活當(dāng)中,電與磁之間也存在著密切的聯(lián)系,幾乎所有的電器設(shè)備都應(yīng)用到了磁與電磁感應(yīng)的基本原理,作為一名學(xué)生,要學(xué)好這一部分知識,必須要理解好四個定則——安培定則,左手定則,右手定則,楞次定律。這四個定則就象一條繩索一樣,貫穿整個磁與電磁的知識,將這一部分知識連成一個系統(tǒng)。這里,筆者就這四個定則的學(xué)習(xí)要點(diǎn)跟大家一起簡單探討。

1 安培定則

丹麥科學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流周圍存在磁場,磁場方向的判斷就用到安培定則,安培定則又叫右手螺旋定則。

針對具體的情況,安培定則的內(nèi)容與運(yùn)用也有所不同。(1)判斷直線電流的磁場方向。定則內(nèi)容:右手握住直導(dǎo)線,讓大拇指指向與電流方向相同,則四指環(huán)繞方向就是直導(dǎo)線周圍磁場方向。如圖1-1所示, 為導(dǎo)體橫截面電流方向。(2)判斷環(huán)形電流的磁場方向。法則內(nèi)容 : 讓右手彎曲的四指順著環(huán)形電流方向,則大拇指就表示環(huán)內(nèi)磁力線的方向。如圖1-2所示, 為環(huán)內(nèi)的磁力線方向。(3)判斷通電螺線管的磁場方向,其內(nèi)容為,右手握住螺線管,讓彎曲的四指指向電流方向,拇指所指的方向就是通電螺線的磁場北極N.的方向。如圖1-3所示。

安培定則運(yùn)用主要在于區(qū)別三種狀態(tài)下,大拇指和四指的特定指向——第一種情況,大拇指是指向電流方向,四指環(huán)繞方向為磁場方向;而第二種,第三種狀態(tài)下,四指環(huán)繞方向為電流方向 ,大拇指指向為中心磁場方向。

2 左手定則

當(dāng)通電導(dǎo)體處在磁場中的時候,它會受到磁場力(也叫安培力或電磁力)的作用,這個作用力方向的判斷定則就是左手定則,左手定則的內(nèi)容為:伸開左手,讓大拇指與其余四指平面垂直,讓磁力線垂直穿入掌心,四指指向電流方向,大拇指指向既為通電導(dǎo)體受力方向。左手定則的運(yùn)用范圍包含三種情況;(1)用來判斷對載流直導(dǎo)體的作用力的方向,如圖2-1,通電導(dǎo)體的電流方向為I,則用左手定則判斷知F方向如圖示。(2)判斷通電線圈在磁場中受到的力偶矩M方向,圖2-2示,ab邊導(dǎo)線受到垂直紙面向里的力,cd邊受到垂直紙面向外的力,所以線圈繞00軸順時針方向轉(zhuǎn)動。此原理被廣泛的用在我們的直流電流表、電壓表當(dāng)中。(3)判斷運(yùn)動電荷在磁場中受到的洛侖磁力f的方向,如圖2-3,已知處在磁場中的射線束在洛侖磁力作用下的偏轉(zhuǎn)方向,用左手定則可判斷其電流方向為I,也可知管中的射線束所帶為正電。

3 右手定則

電流周圍存在的磁場方向用安培定則判斷,與之相逆的現(xiàn)象——磁生電的方向則用右手定則判定。當(dāng)閉合導(dǎo)體的一部分在磁場中作切割磁力線的運(yùn)動或穿過閉合線圈中的磁通發(fā)生變化時,回路中就會有感應(yīng)電流產(chǎn)生,產(chǎn)生的感應(yīng)電流的方向用右手定則判定。伸出右手讓大拇指與其余四指垂直在同一平面內(nèi),令磁感應(yīng)線從掌心穿入,拇指指向?qū)Ь€運(yùn)動方向,則四指所指為感生電流的方向。

左手定則和右手定則在使用中容易混淆,但只要記住兩個基本原則,就可加深理解,將兩者從本質(zhì)上區(qū)別開來。一是左手定則運(yùn)用的場合是已知為帶電導(dǎo)體,即先有I;而右手定則是用來判別產(chǎn)生的感應(yīng)電流I的方向,如圖3-1(a)所示,已知通電導(dǎo)體電流方向I,判斷其受力方向用左手定則;如圖3-1(b)所示,已知感應(yīng)電流方向I,判斷其運(yùn)動方向用右手定則。第二點(diǎn)左手定則是判斷受力方向F或題中已標(biāo)有F,用左手定則判其它相關(guān)方向;而右手定則是先有運(yùn)動V或題中已知V方向用右手定則判其它量的方向。如圖3-2(c)用左手定則判斷電流方向,3-2(d)用右手定則判斷感應(yīng)電流方向。理解了這兩點(diǎn),做相關(guān)題目就不會因分不清用左右手而迷糊了。

4 楞次定律

楞次定律跟右手定則一樣,也是用來判斷感應(yīng)電流的方向。它的內(nèi)容是:感生電流的磁通總是企圖阻礙引發(fā)感生電流的原磁通變化。

在運(yùn)用楞次定律判斷方向時關(guān)鍵要理解好“阻礙”這兩個字的含義,當(dāng)原磁通增加時,感應(yīng)電流所產(chǎn)生的感應(yīng) 磁通要阻礙其增加,所以方向與原磁通方向相反,當(dāng)原磁通減少時,感應(yīng)磁通要阻礙其減少,所以方向與原磁通方向相同。

另外,楞次定則也可表示為:感應(yīng)電流產(chǎn)生的效果,總是反抗引起電流的原因,這里所說“效果”可以理解為由感應(yīng)電流所激發(fā)的磁場,也可理解由感應(yīng)電流所引起的機(jī)械作用。例,用線繩吊起一銅圓環(huán),將一條形磁鐵插入銅圓環(huán),銅環(huán)怎么運(yùn)動?由楞次定律可知,銅圓環(huán)運(yùn)動原因是磁鐵向銅圓環(huán)運(yùn)動,所以銅圓環(huán)向左運(yùn)動。

磁與電磁這一章中的這四個定則是相互獨(dú)立的,各自有各自適用的范圍,各自有各自的特點(diǎn),但它們又是彼此相關(guān)聯(lián)的,在解同一題中這四個定則有可能同時都會用到,這就要求我們理解它們各自的內(nèi)容之后再在具體的題目中熟練運(yùn)用。