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物理磁場左手定則與右手定則運用

圖文 更新时间:2024-09-28 12:49:05

我們進入電氣時代已經很久了,仿佛一切都很自然。奠定今天電磁學發展的一些基本發現,都是19世紀以前的事了。就拿很重要的安培定律來說,就是一項很基礎又很重要的發現。

人們很早發現電和磁現象,但是沒有人知道他們之間有什麼聯系。直到1820年9月11日,在法國科學院召開會議,主題是由物理學家阿拉果報告奧斯特關于電流能夠産生磁場的新發現,他現場演示實驗,讓大家目睹了電流作用磁針的現象。法國科學家們受到極大震動,他們一向認為電和磁沒有聯系的觀念在事實面前被擊得粉碎。安培是一位易于接受科學事實的科學家,他在讨論過程中提出既 然電流能夠像磁石一樣吸引小磁針,那麼由此可以推斷,導線中的電流也能夠相互作用。

物理磁場左手定則與右手定則運用(簡單好用的左右手定則---判斷電和磁的相互作用)1

據說,安培聽完報告後,到科學院門口等人,腦海中浮現出兩條平行導線中電流的作用問題。正想得入神,略微擡頭,突然發現前邊有一塊黑闆,于是從口袋掏出一支粉筆在黑闆上計算起來。但這是一輛馬車上的黑闆,馬車走後,也帶走安培的那些計算。回到在實驗室,安培用不同的電源和導線反複進行實驗。有時候,他把導線折成方框後通上電流,有時又把導線對折再通電流,他還把導線做成螺旋形或圓形通以電流。用以觀察電流的之間的相互作用。

在大量實驗事實的基礎上,安培通過精心研究,用了不到一個月的時間,就向科學院提交了三篇有關的研究論文,報告了他一生中最偉大的發現也是後來電磁學中的基本規律:不僅電流對磁針有作用,而且兩個電流之間也有相互作用。

在兩根平行的通電導體中,如果電流的方向相同,它們就互相吸引;電流的方向相反,它們就互相排斥。 沿着這個研究道路,安培繼續探索,在後來的研究中又取得了大量成果。1822年,他發現了電流之間相互作用的規律——安培定律。 同時,确定了判斷電流磁場方向的安培定則和判斷磁場對電流作用力方向的左手定則。

什麼是左手定則?左手的三根手指。将左手的食指,中指和拇指伸直,使其在空間内相互垂直。食指方向代表磁場的方向(從N級到S級),中指代表電流的方向(從正極到負極),那拇指所指的方向就是受力的方向。使用時可以記住,中指,食指,拇指指代“電,磁,力”。

物理磁場左手定則與右手定則運用(簡單好用的左右手定則---判斷電和磁的相互作用)2

具體如下,已知電流方向判斷導線在磁場中力的方向。根據左手定則:伸開左手,使拇指與其他四指垂直且在一個平面内,讓磁感線從手心流入,四指指向電流方向,大拇指指向的就是安培力方向(即導體受力方向)

物理磁場左手定則與右手定則運用(簡單好用的左右手定則---判斷電和磁的相互作用)3

判斷洛倫茲力的時候,同樣的方法,将左手掌攤平,讓磁感線穿過手掌心,四指表示電流方向,則和四指垂直的大拇指所指方向即為洛倫茲力的方向。注意,運動電荷是正的,大拇指的指向即為洛倫茲力的方向。反之,如果運動電荷是負的,仍用四指表示電荷運動方向,那麼大拇指的指向的反方向為洛倫茲力方向。

這裡需要說明的是,洛倫茲力是某個粒子(如電荷)在磁場中的的受力情況,而安培力是導體杆或導線在磁場中的受力。實際上,導體中的電流正是大量帶電粒子運動的宏觀現象。安培力是導體内定向移動的電荷所受洛倫茲力的合力。當電流方向與磁場平行時,電荷的定向移動方向也與磁場方向平行,所受洛倫茲力為零,其合力安培力也為零。

什麼是右手定則? 把右手平展,使大拇指與其餘四指垂直,并且都跟手掌在一個平面内。把右手放入磁場中,讓磁感線從掌心進入(當磁感線為直線時,相當于手心面向N極),大拇指指向導線運動方向,則四指所指方向為導線中感應電流的方向。可見,一般知道磁場、電流方向、運動方向的任意兩個,讓你判斷第三個方向。

物理磁場左手定則與右手定則運用(簡單好用的左右手定則---判斷電和磁的相互作用)4

什麼是右手螺旋定則?也叫安培定則,是表示電流和電流激發 磁場的磁感線方向間關系的定則。通電直導線中的安培定則(安培定則一):用右手握住通電直導線,讓大拇指指向電流的方向,那麼四指指向就是磁感線的環繞方向。

物理磁場左手定則與右手定則運用(簡單好用的左右手定則---判斷電和磁的相互作用)5

通電螺線管中的安培定則(安培定則二):用右手握住通電螺線管,讓四指指向電流的方向,那麼大拇指所指的那一端是通電螺線管的N極。

物理磁場左手定則與右手定則運用(簡單好用的左右手定則---判斷電和磁的相互作用)6

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