電磁感應現象無無處不在,其應用也非常廣泛,如電機、繼電器、磁懸浮……電與磁相伴相随,從1820年丹麥物理學家奧斯特發現電流的磁效應開始,電磁學的大門從此被打開。
與電磁學相關的定律、定則很多,有的很難,有的很簡單,但對于我們普通人而言,常用到的不外乎就那幾個,即左手定則、右手定則、楞次定律與右手螺旋定則。
左手定則、右手定則、楞次定律與右手螺旋定則都是用于判斷方向的,但所判斷的物理量卻非同一個,接下來就讓我來給大家捋一捋左手定則和右手定則的關系吧!
一 、左手定則
電動機能夠轉動,靠的是轉子所受到電磁力的作用,所謂電磁力,顧名思義,得先有電,才有力。簡單來說,是指運動電荷或載流導體在磁場中所受到的力。注意,這裡的磁場,可以是電磁鐵産生的磁場,也可以是運動電荷(或電流)産生的磁場。
而左手定則,則是用來判斷電磁力方向的方法,包括宏觀上載流導體所受的安培力和微觀上運動電荷所受的洛倫茲力。換言之,電磁力包括安培力和洛倫茲力。
關于載流導體所受的安培力,左手定則内容如下:将左手掌攤平,四指并攏,并與拇指成90°角,掌心面正對N極(或者說讓磁力線垂直穿過掌心),四指方向表示電流方向(或正電荷運動方向),拇指的指向即為電磁力方向,如圖1-1所示。
圖 1-1
同理,關于運動電荷所受的洛倫茲力,左手定則内容如下:将左手掌攤平,掌心面正對N極,四指并攏,并與拇指成90°角,四指表示正電荷運動方向,則拇指的指向即為洛倫茲力方向,如圖1-2所示。顯然,若運動電荷帶負電,如自動電子,四指仍為電荷運動方向,但此時的拇指指向為洛倫茲力的反方向。
圖 1-2
另外,圖1-2中的“×”表示磁力線方向由紙面向裡,若将“×”變成“·”,則表示磁力線由紙面向外。
結合安培力和洛倫茲力,可以發現,安培力其實就是大量運動電荷受到洛倫茲力的宏觀表現。載流導體之所以有電流,是因為其内部有大量電荷作定向移動,這些定向移動的電荷處于磁場中,每一個都會受到洛倫茲力的作用,此時對于導體而言,其受到的合力即為安培力,使得導體發生移動。
左手定則用于判斷力的方向,而右手定則則用來判斷電的方向。
二、右手定則根據上文,電動機轉子能轉動,是因為受到電磁力的作用,而能受電磁力作用的前提是,必須要有電流。但對于某些電動機轉子,例如鼠籠式轉子,我們是沒有對其通電的,那麼問題來了,這些轉子的電流是從哪裡來的呢?其電流方向又是怎樣的?
其實答案很簡單,轉子的電流是由導條切割磁力線産生,其方向由右手定則确定。右手定則内容如下:将右手掌攤平,四指并攏且與拇指成90°角,使磁力線從掌心穿過(掌心面向N極),拇指指向導體運動方向,四指指向即為感應電流(感應電動勢)方向,如下圖1-3所示。
圖 1-3
在右手定則中,有幾點大家一定要注意:
1、拇指指向導體運動方向,而不是磁力線(磁場)運動方向。就好比電動機在起動時,轉子是不動的,換言之,轉子導條是靜止的,但此時由定子繞組産生的旋轉磁場與轉子導條之間有相對運動,根據相對運動含義,靜止導條相對于旋轉磁場的運動方向,為磁場旋轉的反方向,如下圖1-4所示。
圖 1-4
2、四指指向是感應電動勢方向,當導體與外電路閉合時,才會有感應電流,且感應電流方向與感應電動勢方向一緻。衆所周知,電動勢方向與電壓方向相反,所以,感應電流方向與感應電動勢方向一緻,就相當于感應電流方向與感應電壓方向相反。這很好理解,運動導體在磁場中産生感應電動勢,那麼它就相當于一個電(壓)源,對于一個電源而言,其電流本來就是從電源的負極經電源本身流到正極。
3、并不是導體與磁場間有相對運動,就一定會産生感應電動勢。根據右手定則,磁力線是垂直穿過掌心面的,如圖1-5(2)所示。若導體運動方向與磁力線方向平行,那麼右手定則就無法應用,因為此時導體不會産生感應電動勢,如下圖1-5(1)所示。
圖 1-5
對于第3點内容,可能有的讀者這樣理解,産生感應電動勢的條件是導體切割磁力線,若導體沿磁力線方向運動,顯然不會産生切割,所以也就不會産感應電動勢。這樣理解也是可以的。
另外,一根導體切割磁力線會産生感應電動勢,那麼具有多匝導線的電感線圈切割磁力線,顯然也會産生感應電動勢,但這時的感應電動勢方向用右手定則判斷是不容易的,宜采用楞次定律與右手螺旋定則進行判斷。關于楞次定律與右手螺旋定則的更多内容,在此我就不展開講解,大家想知道的,可以留言評論,多的話我下次可以寫一篇相關的文章。
總結總而言之,左手定則與右手定則都是用于電磁感應現象中判斷方向的,但大家往往會因什麼時候該用哪個定則而抓耳撓腮,哪怕我在這篇文章中詳細的講解了這兩個定則,你們可能過幾天就忘了。
為了方便大家記憶,我在這裡順便給大家講一個小技巧(其實是我老師教我的技巧):左手定則用于“力”的判斷,“力”字的一撇是撇向左邊的,所以用左手定則;右手定則用于“電”的判斷,“電”字的豎彎鈎是彎向右邊的,所以用右手定則。
好啦,這次的知識分享就到這裡,感謝大家的閱讀。
來源:技成培訓網,作者:楊思慧,未經授權禁止轉載
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