電磁學三大基本定律是庫倫定律、安培定律和法拉第電磁感應定律,這三個定律是電磁學的基礎。
電和磁由于磁力垂直于粒子和電流運動而變得復雜,需要引入一個變量,三維視角的方向,比如正確使用右手規(guī)則。
有些人會覺得右手規(guī)則只有一個,其實,常見的三種情況可以考慮使用。這些可用于長而直的導線,磁場中的自由移動電荷,螺線管規(guī)則 - 它們是電流環(huán)路。是人們常用習慣。我們使用規(guī)則來幫助我們解決問題,電和磁是相互聯(lián)系的現(xiàn)象,但彼此成直角。因此,我們使用右手的約定來預測字段相對于彼此的方向。 奧斯特定律 Oersted‘s Law
我們的故事始于奧斯特示范,這是在1821年的一次講座中首次表演的。Oersted首次表明,當載流線通過指南針時,針頭(即磁鐵)會偏轉。當它在磁鐵下面時,它會向另一個方向偏轉。磁體指向的方向平行于導線周圍的磁場。你可以用右手預測。
將右手的拇指指向電流流向定義為正電荷的流動?,F(xiàn)在,卷曲你的手指,就好像它們纏繞在電線上一樣。你的手指指向的方向,是電流產生的磁場的方向。我們喜歡稱之為右手卷曲,或安培定律。安培自己將其描述為時鐘的表面:如果電流流入時鐘的表面,那么磁場將順時針包裹。 證明這種現(xiàn)象的一個好方法是使用一組小型透明指南針。當它們纏繞在沒有電流的垂直導線上時,它們最初都將指向北方。但是,如果電流打開,指南針將圍繞電流循環(huán)對齊。重要的是要注意,指南針確實相互影響,因此找到它們之間的正確距離可以幫助使演示更具戲劇性。
當電流向上流動時,磁場將環(huán)繞:
通常它們只是指向北方,但是當我打開電流時,我們看到它們都指向它,就像我們用右手預測的那樣。
洛倫茲力 The Lorentz Force
第二個右手規(guī)則通常應用于自由移動的電荷,稱為陰極射線,或以其他方式推動電流。陰極射線管計算機屏幕是演示洛倫茲力的一種生動方法。屏幕被移動的電子照亮,移動的電荷被磁場推來推去。對于許多認為磁鐵只影響鐵和鎳等金屬的人來說,這是一個驚喜(使用CRT后,只需將其拔下幾分鐘,即可恢復幾乎所有原始屏幕顏色。
這個陰極射線管電腦屏幕原本全是紅色的。但是這些磁鐵已經使電子偏轉,使其無法落在其適當?shù)南袼厣稀?/p>
由于電流是由移動電荷組成的,因此我們也可以用磁鐵推動它。證明這一點的一種方法是使用電動擺動裝置。這將突出顯示電流,場和力三個都是直角的。拿出右手,電流從正向負流 - 拇指。磁場-指針-從北到南(這通常意味著從紅色到藍色)。電流上的力垂直于這兩個,并由您的中指預測 這條規(guī)則通常被稱為洛侖茲力,以愛因斯坦的同代人H.A.洛侖茲命名,盡管其影響在邁克爾·法拉第時代是已知的。當然,有些人和一些書更喜歡用手掌來代表力。
用右手將手指沿著矢量定向
另一種證明這一點的方法是使用電和磁燈泡演示。當有交流電時,導線會振動,但是當它是直流電時,我們可以在特定方向上施加力。使用右手,可以預測電流的流動方向。
對于電流的流動,這是正電荷的想象流動,使用右手是合適的。但是當涉及到負電流時,例如電子,使用左手是合適的,這會產生與正電荷相反的結果。如果希望在CRT上證明洛倫茲力,那么強調“對負電荷使用左手規(guī)則”是有幫助的。 螺線管規(guī)則– The Solenoid Rule
空心螺線管可以像條形磁鐵一樣工作。驅趕北方,吸引南方。事實上,如果你用指南針追蹤磁場,你可以看到它與條形磁鐵的行為完全匹配。使用螺線管規(guī)則,我們可以預測線圈的哪一側是北的。讓你的卷曲手指成為電流流動的方向。它正在循環(huán)。然后你的拇指將是電磁鐵的北端。 螺線管的行為將完全像條形磁鐵,具有明確定義的北極和南極。
左手規(guī)則
右手規(guī)則假設的是傳統(tǒng)電流,即電流從正流向負。以大學為基礎的課程都遵循這一概念。并非所有高中物理課程都使用這個概念。例如,一些高中使用“左手”規(guī)則,因為它處理電子移動,即電流從負流向正(電子從電池流出的方向)。手法規(guī)則的工作原理相同,但它們基于兩個不同的當前概念。本文我們嚴格關注右手規(guī)則。至于兩者的區(qū)別:判斷受力方向用左手,判斷磁場方向用右手。
審核編輯 :李倩
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