Магнитное поле тока и электромагниты: как определить направление

Магнитное поле тока - это область вокруг проводника с током, где на магнитную стрелку и на другие магниты действуют силы. Его нельзя увидеть, но можно обнаружить по действию на стрелку компаса или железные опилки.

В опыте Эрстеда прямой провод располагают над магнитной стрелкой параллельно ей. Пока тока нет, стрелка смотрит на север. Стоит замкнуть цепь, и стрелка поворачивается. Выключили ток - стрелка возвращается. Поменяли направление тока - стрелка поворачивается в противоположную сторону. Из этого следуют два вывода: ток создаёт магнитное поле, и направление поля зависит от направления тока.

Картину поля помогают увидеть железные опилки. Если вокруг провода с током, пропущенного через картон, посыпать опилки и постучать по картону, они выстроятся в цепочки вдоль окружностей. Эти воображаемые линии, вдоль которых выстраиваются опилки, и называют магнитными линиями. Они всегда замкнуты. Чем гуще линии, тем сильнее поле: около провода оно сильнее, чем вдали от него.

Для прямого провода с током направление магнитных линий определяют так:

1. Представь буравчик (штопор) с обычной, правой резьбой, расположенный вдоль провода.
2. Поверни его так, чтобы он вкручивался в направлении тока.
3. Вращение рукоятки покажет, в какую сторону идут магнитные линии вокруг провода.

Другая запись того же правила: направь большой палец правой руки по току, тогда согнутые четыре пальца покажут направление магнитных линий. Результаты обоих способов одинаковы.

Запомнить удобно так: ток от тебя - линии по часовой стрелке, ток на тебя - против часовой.

Катушка с током действует как магнит: у неё есть северный и южный полюса. Полюса определяют по правилу правой руки: охвати катушку правой рукой так, чтобы четыре пальца показывали направление тока в витках. Тогда отогнутый на 90° большой палец укажет на северный полюс катушки. Внутри катушки магнитные линии идут к северному полюсу, снаружи - от северного к южному.

Простое правило: если смотреть на торец катушки и ток идёт против часовой стрелки, этот торец северный; если по часовой, то южный.

Электромагнит - это катушка с проводом, внутрь которой вставлен железный сердечник. Его магнитное действие зависит от трёх причин, и каждую можно проверить опытом.

Именно поэтому электромагниты удобны: их включают и выключают, меняют силу током и меняют полюса. Подъёмный кран на заводе поднимает железные листы электромагнитом и отпускает их, как только ток выключают. Похожий принцип лежит и в электродвигателе: на проводник с током в магнитном поле действует сила, которая вращает вал, а при смене направления тока (при неизменном магнитном поле) вращение меняется на противоположное.

Во всех задачах помогает один порядок действий: сначала определи направление тока, потом выбери правило (буравчик для провода, правая рука для катушки) и только после этого называй направление линий или полюс.

Вторая ловушка - перепутать, что показывает большой палец. У прямого провода он показывает направление тока, а пальцы - направление линий. У катушки наоборот: пальцы показывают ток в витках, а большой палец - направление линий внутри катушки, то есть северный полюс. Третья ошибка - считать, что линии магнитного поля где-то начинаются: они замкнуты, и внутри катушки они идут от южного полюса к северному.

Чтобы закрепить правила, пройди тест про магнитное поле и электромагниты. Если захочется потренироваться ещё и на расчётах электрических цепей, загляни в разбор работа и мощность тока. Потом в кабинете VortexLearn можно решать похожие задания в тренажёре и разбирать ошибки с ИИ-репетитором.