Правило буравчика, правила правой и левой руки в электродинамике

В разделах физики, изучающих магнитостатику и электродинамику, существует несколько простых мнемонических правил, призванных облегчить порядок определения направлений некоторых векторов в условиях, когда направление одного вектора зависит от ориентации другого. Речь о таких векторных величинах, как магнитная индукция, направление индукционного тока, сила Лоренца и сила Ампера.

Изначально необходимо понимать, что под словом «буравчик» имеется ввиду не обязательно штопор, но винт со стандартной правой резьбой, то есть с такой резьбой, что буравчик нужно ввинчивать вращая его по часовой стрелке, (правое вращение) тогда его острие станет двигаться, по мере ввинчивания, вперед относительно плоскости вращения рукоятки (если наблюдать за происходящим со стороны рукоятки, а не со стороны острия).

Чтобы уяснить для себя практическую суть правила буравчика, сначала рассмотрим общую его применимость для векторного произведения: изобразим перемножаемые векторы так, чтобы они начинались в одной точке, после этого будем вращать первый умножаемый вектор (x) кратчайшим путем ко второму вектору (y), на который умножаем.

Тогда, если подобным образом поворачивать рукоятку буравчика, он станет ввинчиваться как раз по вектору-произведению (z). Данное мнемоническое правило удобно для определения направления вектора B магнитной индукции поля, источником которого выступает ток I.

Вектор магнитной индукции. Каноническое правило буравчика

Будем вращать рукоятку буравчика так, чтобы направление его поступательного движения совпадало с направлением тока в проводнике, тогда направление вращения рукоятки совпадет с направлением вектора магнитной индукции поля, порождаемого данным током.

Применение правила буравчика для проводника с током

Некоторым удобно использовать правило буравчика в форме правила правой руки.

В первом варианте данного правила предлагается заменить направление вращения ручки буравчика на обхват кулаком правой руки так, чтобы направление четырех пальцев было ориентировано от первого умножаемого вектора ко второму вектору сомножителю. В этом случае отогнутый большой палец будет символизировать направление вектора-произведения.

Данное правило удобно для нахождения направления вектора магнитной индукции B поля, создаваемого током I, а также поля, создаваемого катушкой с током. Кроме того, данное правило применимо для определения направления ЭДС индукции в контуре.

Если правой рукой так зажать проводник в кулак, чтобы отогнутый большой палец указывал направление тока в этом проводнике, то согнутые пальцы укажут направление векторов магнитной индукции поля, данным током порождаемого. Их направление — везде будет по касательной к линиям магнитной индукции, огибающим проводник.

Для катушки с током

Если обхватить катушку правой ладонью так, чтобы четыре пальца указывали направление тока в витках, то большой палец покажет направление вектора магнитной индукции поля внутри катушки.

Для пронизываемого изменяющимся магнитным потоком контура (ЭДС индукции)

Если указать отогнутым большим пальцем правой руки направление внешнего магнитного потока через контур, если он растет, и противоположное направление, если он убывает, то согнутые пальцы, охватывающие контур, покажут направление, противоположное направлению ЭДС, индуцируемой в этом контуре.

Правило правой руки — три пальца

Во втором варианте правила правой руки предлагается отогнуть большой, указательный и средний пальцы так, чтобы они оказались взаимно перпендикулярны. В этом случае большой палец будет символизировать своим направлением первый вектор-сомножитель, указательный палец — второй вектор-сомножитель, средний палец — вектор-произведение.

Данная конфигурация пальцев помогает определить направление F — силы Ампера и силы Лоренца, действующей на проводник с током I, помещенный в магнитное поле B, либо на движущийся в данном поле положительный заряд.

Правило правой руки — прямая ладонь

Еще есть третий вариант правила правой руки, где используется распрямленная ладонь и отогнутый в сторону большой палец. Помогает определить направление индукционного тока I в проводнике, который движется в магнитном поле B под действием внешней силы F.

Расположим ладонь правой руки так, чтобы силовые линии магнитного поля входили в нее, а отогнутый большой палец был направлен в сторону движения проводника. Тогда четыре вытянутых пальца укажут направление индукционного тока в проводнике.

Правило левой руки — прямая ладонь

Существует аналогичный вариант правила левой руки — для определения направления F — силы Ампера и силы Лоренца, действующей на проводник с током I, помещенный в магнитное поле B.

Расположим ладонь левой руки так, чтобы в нее входили линии индукции магнитного поля, при этом четыре вытянутые пальца направим по току, (по направлению движения положительно заряженной частицы либо против движения отрицательно заряженной частицы) тогда отогнутый большой палец покажет направление силы Ампера или силы Лоренца.

Основы электротехники на сайте «Школа для электрика»: Самые важные законы электродинамики кратко и в доступной форме