三个定律是电磁学的基础,基本定律

描述

电磁学三大基本定律是库伦定律、安培定律和法拉第电磁感应定律,这三个定律是电磁学的基础。

电和磁由于磁力垂直于粒子和电流运动而变得复杂,需要引入一个变量,三维视角的方向,比如正确使用右手规则。

有些人会觉得右手规则只有一个,其实,常见的三种情况可以考虑使用。这些可用于长而直的导线,磁场中的自由移动电荷,螺线管规则 - 它们是电流环路。是人们常用习惯。我们使用规则来帮助我们解决问题,电和磁是相互联系的现象,但彼此成直角。因此,我们使用右手的约定来预测字段相对于彼此的方向。 奥斯特定律 Oersted‘s Law

我们的故事始于奥斯特示范,这是在1821年的一次讲座中首次表演的。Oersted首次表明,当载流线通过指南针时,针头(即磁铁)会偏转。当它在磁铁下面时,它会向另一个方向偏转。磁体指向的方向平行于导线周围的磁场。你可以用右手预测。

将右手的拇指指向电流流向定义为正电荷的流动。现在,卷曲你的手指,就好像它们缠绕在电线上一样。你的手指指向的方向,是电流产生的磁场的方向。我们喜欢称之为右手卷曲,或安培定律。安培自己将其描述为时钟的表面:如果电流流入时钟的表面,那么磁场将顺时针包裹。 证明这种现象的一个好方法是使用一组小型透明指南针。当它们缠绕在没有电流的垂直导线上时,它们最初都将指向北方。但是,如果电流打开,指南针将围绕电流循环对齐。重要的是要注意,指南针确实相互影响,因此找到它们之间的正确距离可以帮助使演示更具戏剧性。

当电流向上流动时,磁场将环绕:

通常它们只是指向北方,但是当我打开电流时,我们看到它们都指向它,就像我们用右手预测的那样。

洛伦兹力 The Lorentz Force

第二个右手规则通常应用于自由移动的电荷,称为阴极射线,或以其他方式推动电流。阴极射线管计算机屏幕是演示洛伦兹力的一种生动方法。屏幕被移动的电子照亮,移动的电荷被磁场推来推去。对于许多认为磁铁只影响铁和镍等金属的人来说,这是一个惊喜(使用CRT后,只需将其拔下几分钟,即可恢复几乎所有原始屏幕颜色。

这个阴极射线管电脑屏幕原本全是红色的。但是这些磁铁已经使电子偏转,使其无法落在其适当的像素上。

由于电流是由移动电荷组成的,因此我们也可以用磁铁推动它。证明这一点的一种方法是使用电动摆动装置。这将突出显示电流,场和力三个都是直角的。拿出右手,电流从正向负流 - 拇指。磁场-指针-从北到南(这通常意味着从红色到蓝色)。电流上的力垂直于这两个,并由您的中指预测 这条规则通常被称为洛仑兹力,以爱因斯坦的同代人H.A.洛仑兹命名,尽管其影响在迈克尔·法拉第时代是已知的。当然,有些人和一些书更喜欢用手掌来代表力。

用右手将手指沿着矢量定向

另一种证明这一点的方法是使用电和磁灯泡演示。当有交流电时,导线会振动,但是当它是直流电时,我们可以在特定方向上施加力。使用右手,可以预测电流的流动方向。

对于电流的流动,这是正电荷的想象流动,使用右手是合适的。但是当涉及到负电流时,例如电子,使用左手是合适的,这会产生与正电荷相反的结果。如果希望在CRT上证明洛伦兹力,那么强调“对负电荷使用左手规则”是有帮助的。 螺线管规则– The Solenoid Rule

空心螺线管可以像条形磁铁一样工作。驱赶北方,吸引南方。事实上,如果你用指南针追踪磁场,你可以看到它与条形磁铁的行为完全匹配。使用螺线管规则,我们可以预测线圈的哪一侧是北的。让你的卷曲手指成为电流流动的方向。它正在循环。然后你的拇指将是电磁铁的北端。 螺线管的行为将完全像条形磁铁,具有明确定义的北极和南极。

左手规则

右手规则假设的是传统电流,即电流从正流向负。以大学为基础的课程都遵循这一概念。并非所有高中物理课程都使用这个概念。例如,一些高中使用“左手”规则,因为它处理电子移动,即电流从负流向正(电子从电池流出的方向)。手法规则的工作原理相同,但它们基于两个不同的当前概念。本文我们严格关注右手规则。至于两者的区别:判断受力方向用左手,判断磁场方向用右手。

审核编辑 :李倩

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