浅谈磁与电磁的四个重要定则

周姝红

在物理电学部分,讲到了磁与电磁的相关知识,在生活当中,电与磁之间也存在着密切的联系,几乎所有的电器设备都应用到了磁与电磁感应的基本原理,作为一名学生,要学好这一部分知识,必须要理解好四个定则——安培定则,左手定则,右手定则,楞次定律。这四个定则就象一条绳索一样,贯穿整个磁与电磁的知识,将这一部分知识连成一个系统。这里,笔者就这四个定则的学习要点跟大家一起简单探讨。

1 安培定则

丹麦科学家奥斯特发现了电流周围存在磁场,磁场方向的判断就用到安培定则,安培定则又叫右手螺旋定则。

针对具体的情况,安培定则的内容与运用也有所不同。(1)判断直线电流的磁场方向。定则内容:右手握住直导线,让大拇指指向与电流方向相同,则四指环绕方向就是直导线周围磁场方向。如图1-1所示, 为导体横截面电流方向。(2)判断环形电流的磁场方向。法则内容 : 让右手弯曲的四指顺着环形电流方向,则大拇指就表示环内磁力线的方向。如图1-2所示, 为环内的磁力线方向。(3)判断通电螺线管的磁场方向,其内容为,右手握住螺线管,让弯曲的四指指向电流方向,拇指所指的方向就是通电螺线的磁场北极N.的方向。如图1-3所示。

安培定则运用主要在于区别三种状态下,大拇指和四指的特定指向——第一种情况,大拇指是指向电流方向,四指环绕方向为磁场方向;而第二种,第三种状态下,四指环绕方向为电流方向 ,大拇指指向为中心磁场方向。

2 左手定则

当通电导体处在磁场中的时候,它会受到磁场力(也叫安培力或电磁力)的作用,这个作用力方向的判断定则就是左手定则,左手定则的内容为:伸开左手,让大拇指与其余四指平面垂直,让磁力线垂直穿入掌心,四指指向电流方向,大拇指指向既为通电导体受力方向。左手定则的运用范围包含三种情况;(1)用来判断对载流直导体的作用力的方向,如图2-1,通电导体的电流方向为I,则用左手定则判断知F方向如图示。(2)判断通电线圈在磁场中受到的力偶矩M方向,图2-2示,ab边导线受到垂直纸面向里的力,cd边受到垂直纸面向外的力,所以线圈绕00轴顺时针方向转动。此原理被广泛的用在我们的直流电流表、电压表当中。(3)判断运动电荷在磁场中受到的洛仑磁力f的方向,如图2-3,已知处在磁场中的射线束在洛仑磁力作用下的偏转方向,用左手定则可判断其电流方向为I,也可知管中的射线束所带为正电。

3 右手定则

电流周围存在的磁场方向用安培定则判断,与之相逆的现象——磁生电的方向则用右手定则判定。当闭合导体的一部分在磁场中作切割磁力线的运动或穿过闭合线圈中的磁通发生变化时,回路中就会有感应电流产生,产生的感应电流的方向用右手定则判定。伸出右手让大拇指与其余四指垂直在同一平面内,令磁感应线从掌心穿入,拇指指向导线运动方向,则四指所指为感生电流的方向。

左手定则和右手定则在使用中容易混淆,但只要记住两个基本原则,就可加深理解,将两者从本质上区别开来。一是左手定则运用的场合是已知为带电导体,即先有I;而右手定则是用来判别产生的感应电流I的方向,如图3-1(a)所示,已知通电导体电流方向I,判断其受力方向用左手定则;如图3-1(b)所示,已知感应电流方向I,判断其运动方向用右手定则。第二点左手定则是判断受力方向F或题中已标有F,用左手定则判其它相关方向;而右手定则是先有运动V或题中已知V方向用右手定则判其它量的方向。如图3-2(c)用左手定则判断电流方向,3-2(d)用右手定则判断感应电流方向。理解了这两点,做相关题目就不会因分不清用左右手而迷糊了。

4 楞次定律

楞次定律跟右手定则一样,也是用来判断感应电流的方向。它的内容是:感生电流的磁通总是企图阻碍引发感生电流的原磁通变化。

在运用楞次定律判断方向时关键要理解好“阻碍”这两个字的含义,当原磁通增加时,感应电流所产生的感应 磁通要阻碍其增加,所以方向与原磁通方向相反,当原磁通减少时,感应磁通要阻碍其减少,所以方向与原磁通方向相同。

另外,楞次定则也可表示为:感应电流产生的效果,总是反抗引起电流的原因,这里所说“效果”可以理解为由感应电流所激发的磁场,也可理解由感应电流所引起的机械作用。例,用线绳吊起一铜圆环,将一条形磁铁插入铜圆环,铜环怎么运动?由楞次定律可知,铜圆环运动原因是磁铁向铜圆环运动,所以铜圆环向左运动。

磁与电磁这一章中的这四个定则是相互独立的,各自有各自适用的范围,各自有各自的特点,但它们又是彼此相关联的,在解同一题中这四个定则有可能同时都会用到,这就要求我们理解它们各自的内容之后再在具体的题目中熟练运用。