Ponieważ w fizyce wszystko wynika z obserwacji albo eksperymentu, spróbujmy zastosować następującą procedurę. Przeprowadzimy doświadczenie z igłami magnetycznymiIgła magnetycznaigłami magnetycznymi, a następnie wyciągniemy wnioski. Spróbujemy w jakiś sprytny sposób zapamiętać zwrot linii pola magnetycznegoLinie pola magnetycznegolinii pola magnetycznego związany z kierunkiem prądu w przewodniku.
Na Rys. 1. pokazano sytuację doświadczalną. Widzimy, że igiełki magnetyczne ustawiły się tak, że pokazują okrężne linie pola zwrócone w części bliższej nam w prawą stronę.
R1CzHHfjP8hDA
Na rysunku znajduje się pionowy przewód z prądem. Strzałka skierowana do góry wskazuje kierunek przepływu prądu, a natężenie prądu oznaczono literą wielkie I. Wokół przewodnika ustawiono 4 igły magnetyczne, podparte w środku, które mogą swobodnie obracać się wokół pionowej osi. Wszystkie igły ustawiły się stycznie do poziomego okręgu, którego środek leży na przewodniku. Biegun północny każdej igły, oznaczony kolorem niebieskim wskazuje kierunek przeciwny do kierunku ruchu wskazówek zegara.
Rys. 1. Wynik doświadczenia.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.
Trudno to zapamiętać, ale – i tu jest ten sprytny sposób – możemy zastosować metodę mnemotechniczną, zwaną regułą prawej dłoni. Brzmi ona następująco: Jeśli kciuk prawej dłoni skierujemy tak, jak płynie prąd, to zawinięte „w okrąg” palce tej dłoni pokażą nam zwrot linii pola magnetycznego, wytworzonego przez ten prąd.
Spójrz na Rys. 2., który pokazuje dobitnie związek reguły prawej dłoni z rzeczywistością.
RCDMCCPZEVVTe
Rysunek jest taki sam jak rysunek 1, ale dodano dodatkowy element. Na lewo od przewodnika z prądem, płynącym do góry, narysowano prawą dłoń z kciukiem wyciągniętym do góry i czterema palcami zwiniętymi w pięść. W płaszczyźnie poziomej narysowano wokół palców okrąg ze strzałką skierowaną przeciwnie do kierunku ruchu wskazówek zegara tak, jak wskazują zwinięte palce.
Rys. 2. Reguła prawej dłoni.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.
Oczywiście, gdyby prąd płynął przeciwnie, musielibyśmy kciuk skierować w dół. Wtedy zwrot linii pola magnetycznego byłby odwrotny.
Reguła ta działa również dla innego kształtu przewodnika. Weźmy przewodnik kolisty. Na Rys. 3a. pokazano taki przewodnik, leżący w płaszczyźnie rysunku. Jeśli skierujesz kciuk zgodnie z kierunkiem przepływu prądu, to zauważysz, że linie pola magnetycznego oplatają przewodnik, tak że na zewnątrz okręgu wchodzą w głąb rysunku, a w obszarze otoczonym okręgiem wychodzą przed rysunek. Sprawdź, że uzyskasz zawsze ten sam wynik przykładając prawą dłoń w dowolnym miejscu obwodu.
RRVSUe5j0POyT
Rys. 3a. Na rysunku znajduje się kolisty przewód z prądem, leżący w płaszczyźnie rysunku. Kierunek przepływu prądu wskazuje strzałka skierowana przeciwnie do kierunku ruchu wskazówek zegara. Na prawo od przewodnika znajduje się prawa dłoń z kciukiem wyciągniętym do góry i czterema palcami zwiniętymi w pięść. Kciuk wskazuje kierunek przepływu prądu w prawej części przewodnika. W płaszczyźnie prostopadłej do kciuka narysowano wokół palców okrąg ze strzałką skierowaną w kierunku wskazywanym przez zwinięte palce.
Rys. 3a. Reguła prawej dłoni zastosowana do przewodnika kolistego.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.
RwFSihE6cZ5j7
Rys. 3b. Na rysunku znajduje się kolisty przewód z prądem, leżący w płaszczyźnie rysunku. Kierunek przepływu prądu wskazuje strzałka skierowana przeciwnie do kierunku ruchu wskazówek zegara. Wewnątrz kolistego przewodu narysowano kołeczka z kropką w środku, które symbolizują linie pola magnetycznego przebijające płaszczyznę rysunku i skierowane przed płaszczyznę rysunku. Na zewnątrz kolistego przewodu narysowano kołeczka z krzyżykiem w środku, które symbolizują linie pola magnetycznego przebijające płaszczyznę rysunku i skierowane za płaszczyznę rysunku.
Rys. 3b. Zwrot linii pola magnetycznego wytworzonego przez przewodnik kolisty, w płaszczyźnie tego przewodnika.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki.
W płaszczyźnie przewodnika obraz linii pola będzie przedstawiał się jak na Rys. 3b.
Co ciekawe, ten sam wynik, przynajmniej jeśli chodzi o pole magnetyczne w obszarze objętym przewodnikiem, otrzymamy przykładając prawą dłoń „odwrotnie”: Jeśli zagięte palce pokazują kierunek prądu, wtedy kciuk pokaże zwrot linii pola magnetycznegoPole magnetycznepola magnetycznego wewnątrz obwodu kołowego. Tę samą metodę możemy zastosować również do wielu prądów okrężnych, czyli do zwojnicy. Pokazano to na Rys. 4.
R18UqXsck0qvy
Rys. 4. Na rysunku jest zwojnica, której oś skierowana jest poziomo. Zaznaczono strzałką kierunek przepływu prądu w zwojnicy. Jeśli patrzymy z lewej strony na zwojnicę, kierunek przepływu prądu jest przeciwny do kierunku ruchu wskazówek zegara. Natężenie prądu oznaczono literą wielkie I. Wewnątrz zwojnicy narysowano poziomą strzałkę skierowana w lewo, która symbolizuje wektor indukcji magnetycznej, oznaczony literą wielkie B ze strzałką nad nią. Obok zwojnicy narysowano prawą dłoń, której kciuk skierowany jest w lewo, a pozostałe palce, lekko zgięte, wskazują kierunek przepływu prądu w zwojach.
Rys. 4. Reguła prawej dłoni (w wersji „odwrotnej”) zastosowana do zwojnicy, w której płynie prąd.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0.
Słowniczek
Pole magnetyczne
Pole magnetyczne
(ang.: magnetic field) – stan przestrzeni charakteryzujący się działaniem siły, zwanej siłą magnetyczną (Lorentza), na poruszający się ładunek umieszczony w tej przestrzeni bądź na obiekt obdarzony momentem magnetycznym; wielkością charakteryzującą pole magnetyczne jest wektor indukcji magnetycznej .
Linie pola magnetycznego
Linie pola magnetycznego
(ang.: magnetic line of induction) – poglądowy obraz pola magnetycznego. Przebieg linii odzwierciedla układ wektorów indukcji magnetycznej w przestrzeni. W każdym punkcie linii pola zaczepiony jest wektor , styczny do tej linii.
Igła magnetyczna
Igła magnetyczna
(ang.: magnetic needle) – niewielki magnes trwały, zazwyczaj o podłużnym kształcie, zamocowany tak, by mógł się obracać wokół pionowej osi; używany do wskazywania kierunku linii pola magnetycznego. Biegun północny N igły magnetycznej (zwykle oznaczony kolorem niebieskim) pokazuje zwrot linii pola magnetycznego.
R1EUCyPvQlDYD
Rysunek przedstawia mały magnes o zaostrzonych końcach, podparty w środku na cienkim ostrzu, dzięki czemu, magnes może swobodnie obracać się wokół pionowej osi.
