To ciekawe

Wiesz zapewne, że łatwo uzyskasz obraz pola magnetycznego (kształt linii pola) rozsypując żelazne opiłki wokół źródła – magnesu albo przewodnika z prądem (zobacz Rys. a).

R1SpethKrzvJe

Rys. a. Ilustracja przedstawia linie pola magnetycznego wytwarzanego przez magnes sztabkowy o kształcie wydłużonego prostokąta. Linie pola zostały uwidocznione przez rozsypane wokół magnesu opiłki żelaza, które ułożyły się wzdłuż linii pola. Magnes położony jest poziomo. Lewy biegun magnesu oznaczony jest literą wielkie N, prawy biegun literą wielkie S. Linie pola magnetycznego wychodzące ze środków krótszych krawędzi magnesu mają kierunek poziomy. Linie wychodzące z punktów leżących powyżej odginają się do góry. Linie wychodzące z punktów leżących poniżej odginają się do dołu. Linie wychodzące z obu biegunów łączą się, tworząc łuki.

Trudniej jednak o określenie, jak zwrócone są linie, czyli w którą stronę skierowane są wektory indukcji magnetycznej, styczne do linii pola. Czy tak jak na Rys. b, czy jak na Rys. c?

R1Z7STCuM4iUv

Ilustracja składa się z dwóch rysunków. Oba przedstawiają taką samą linię pola magnetycznego, która ma kształt łuku wygiętego w górę. Na rysunku b pola zaznaczono zwrot linii pola strzałką skierowaną w lewo. Stycznie do linii pola narysowano wektor indukcji magnetycznej skierowany skośnie w dół i lewo. Na rysunku c zaznaczono zwrot linii pola strzałką skierowaną w prawo. Stycznie do linii pola narysowano wektor indukcji magnetycznej, o punkcie początkowym takim samym, jak na rysunku b. Ten wektor skierowany jest skośnie w górę i prawo, równolegle do wektora indukcji na rysunku b.

Być może już wiesz, że zwrot linii pola magnetycznego można wyznaczyć praktycznie za pomocą igły magnetycznej. Ustawi się ona zawsze tak, że jej biegun północny (N), zwykle oznaczany na niebiesko, będzie pokazywał zwrot wektora indukcji $\overrightarrow{B}$. Jeśli zatem igła magnetyczna ustawi się tak, jak na Rys. d. oznaczać to będzie, że wektor $\overrightarrow{B}$ i linie pola skierowane są tak, jak na Rys. c.

R199O6t07dWlp

Rysunek przedstawia linię pola magnetycznego, która ma kształt łuku wygiętego w górę. Obok linii narysowano igłę magnetyczną, która ułożyła się wzdłuż linii pola.

Co jednak zrobić, gdy musimy ustalić zwrot linii pola wytworzonego przez przewodnik z prądem, a nie mamy igły magnetycznej? W tym e‑materiale znajdziesz odpowiedź na to pytanie.

Warto przeczytać

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.

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.

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.

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.

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.

Słowniczek

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.