Основные методы проверки бетона на прочность

Современные методы испытания бетона

• Как определяется прочность бетона
• От чего зависит получение заданного класса бетона
• Классификация методов испытания бетона на прочность
• Разрушающие методы
• Неразрушающие методы
  • Прямые:
  • Косвенные:
• Другие виды испытаний
  • Испытание бетона на водонепроницаемость
  • Определение параметров морозостойкости
• Маркировка смесей и готового бетона
• Список используемой нормативно-технической документации:

Пренебрегать методами контроля бетона означает подвергать жизнь людей опасности. Чтобы не допустить брак при строительстве любых объектов на каждом этапе создания и созревания бетона устанавливаются определенные методы контроля. В статье рассмотрены эти методы с указанием соответствующих регламентирующих документов.

Как определяется прочность бетона

Проверки начинаются ещё до создания формовочной смеси. Проверяют параметры и дозировку составляющих компонентов при замешивании смеси. Также проверке по ряду параметров подвергается сама бетонная смесь, а именно: удобоукладываемость, средняя плотность, расслаиваемость, пористость, температура, сохраняемость свойств во времени, объем вовлеченного воздуха.

Однако, зачастую, непосредственно на строительной площадке проверяются только удобоукладываемость и температура. После укладки бетонной смеси конструкция проверяется в промежуточном возрасте – 7 суток. К этому времени бетон должен набрать не менее 70% от требуемой проектом прочности. Завершается процесс исследованиями прочностных характеристик после полного созревания. А в реальности — продолжается на всём протяжении жизни бетонной конструкции. В документах принято, что бетон созревает, или набирает проектную прочность, на 28-й день твердения.

Формирование заданной прочности бетона зависит от совокупности физических и химических факторов на протяжении каждого этапа. Для понимания всего процесса разделим эти этапы на:

1. Подготовку компонентов для приготовления каждой партии бетонной смеси.
2. Замешивание бетонной смеси в растворном узле.
3. Заливку готовой смеси в формы или опалубку на объекте.
4. Набор прочности.
5. Эксплуатацию сооружения.

От чего зависит получение заданного класса бетона

Что проверяют на первом этапе? Перед запуском производства и подачей компонентов бетонной смеси в смеситель технолог подбирает состав и таким образом задает характеристики будущей смеси, далее вводит параметры исходного сырья на пульт управления бетоносмесительного узла. Автоматика современных БСУ производит дозирование компонентов в необходимых пропорциях с учётом естественной влажности, температуры и применяемых добавок. Каждая партия бетонной смеси должна быть испытана на производстве, а также иметь документ о качестве по ГОСТ 7473-2010 (Приложение Б), который должен отражать следующие основные параметры:

• наименование, адрес и телефон производителя и поставщика бетонной смеси;
• дата и время отгрузки бетонной смеси;
• вид бетонной смеси и ее условное обозначение;
• проектный класс бетона по прочности;
• применяемые добавки:
  • пластификаторы;
  • ускорители;
  • гидрофобизаторы;
  • антифризы;
• номер номинального состава бетонной смеси;
• жизнеспособность (сохраняемость удобоукладываемости);
• наибольшая крупность заполнителя.

Примечание: На деле, зачастую, производитель может пытаться умолчать о некоторых пунктах документа о качестве по собственному усмотрению или по просьбе подрядчика, поэтому приходится следить и требовать корректного составления данного документа.

После смешения компонентов испытатели берут смесь одного номинального состава из бетоносмесителя. Из нее отливают стандартные образцы для испытаний.

Лаборанты учитывают разницу в физическом и химическом воздействии на бетонную смесь, которая отправлена на объект, с той, что поступила к ним на испытания в лабораторию. Причина в том, что существует зависимость набора прочности бетона от дополнительных факторов:

• время от замешивания смеси до укладки в опалубку;
• вибрационное воздействие на смесь;
• равномерность заполнения формы или опалубки;
• температура окружающей среды;
• изменение водоцементного соотношения рабочими на объекте.

Эти факторы будут различаться между лабораторными условиями и стройкой. Чтобы получить точные показатели, также берут пробы непосредственно на стройплощадке. Образцы представляют собой кубы с длиной ребра 10 см. Их маркируют, а после доставляют на исследование. Иногда проверку проводят прямо на объекте. Все работы выполняют согласно принятой в отрасли НТД (нормативно-технической документации).

Классификация методов испытания бетона на прочность

В XXI веке применяют два способа тестирования: разрушающие и неразрушающие методы испытаний. Общая цель этих способов — получить показания приборов и соотнести их с характеристиками, заявленными в ГОСТ 22690, ГОСТ 17624 и 10180. Затем, на основании полученных результатов, определить класс бетона по прочности.

Разрушающие методы

Испытания механическим разрушением предварительно отформованных образцов проводят для проверки предельных параметров:

• на сжатие;
• на растяжение при раскалывании;
• на растяжение при изгибе;
• на осевое растяжение.

В лабораторных условиях проверяют прочность по кубикам или балочкам определенных размеров. Их отливают в формы для бетонной смеси (регулируется ГОСТ 10180). Образцы для испытаний также отбирают из готовых конструкций (регулируется ГОСТ 28570). При проведении испытания кубик давят в гидравлическом прессе до разрушения. Важно, что в процессе проверки раздавливают не единичный экземпляр, а серию образцов. Полученные измерения усредняют, а результаты заносят в протокол испытаний. Этим достигается уменьшение погрешности.

Перед испытаниями образцов бетона происходит сбор информации о материале, запрашиваются паспорта качества и исходя из этого подбирается оптимальный режим проведения испытаний. Но иногда случается так, что прочность оказывается в 1,5 – 2 раза выше расчётной. Последствия данной неожиданности мы и отразили в данном ролике.

Неразрушающие методы

ГОСТ 22690 объединяет в эту группу прямые и косвенные механические методы проверки прочности. Первые основаны на замерах механических воздействий на испытуемый материал. Вторые – на сравнении показаний приборов, т.е. косвенных характеристик с прочностными показателями разрушающих методов.

Прямые:

• Отрыв металлических дисков. Позволяет исследовать параметры местного разрушения бетона в месте отрыва приклеенного к нему металлического диска. Приложенное для отрыва усилие фиксируют прибором типа «Оникс». Полученный показатель делят на площадь диска. Затем число сверяют со справочной информацией.

Косвенные:

• Ультразвуковой контроль прочности бетона.Принятое сокращение — УЗК. Это метод базируется на разной скорости прохождения ультразвуковых волн через бетоны различной прочности. Проверку производят методом сквозного и поверхностного прозвучивания. Работы регламентируют ГОСТом 17624. В этом документе зафиксированы требования к технологии проведения испытаний на объектах строительства. Также указаны формы протоколов испытаний. Преимущество этого способа заключается в точности (при использовании современных приборов) и быстроте получения показателей. Но при применении УЗК необходимо произвести дополнительные вычисления и построить градуировочную зависимость, которая свяжет полученные данные с прочностью материала.

• Ударно-импульсный способ. При проведении испытания прибор считывает энергию удара и ее изменение в момент соударения бойка с поверхностью бeтона. Точность измерений при этом способе невысокая и несравнима с показателями лабораторных тестов. Зато есть преимущества в простоте процесса.
• Метод упругого отскока. Метод основан на связи прочности бетона со значением отскока бойка от поверхности бетона. Измеряют величину единицы отскока и далее, вычисляют прочность по заранее построенной градуировочной зависимости. Для работы применяют компактный прибор — молоток Шмидта, инструмент, который изобретен ещё в 1948 году. Из несущественных минусов отметим необходимость предварительной подготовки площадки, на которой проводят измерения.

• Метод пластической деформации. Это тоже способ, которым проверяют прочность бетонной поверхности. Используется ударный инструмент — молоток Кашкарова. Им ударяют по листам бумаги с копиркой, которые выкладывают на исследуемую поверхность. Затем замеряют параметры отпечатка на бумаге, который оставляет эталонный стержень на конце молотка. Показатели соотносят со справочными цифрами, взятыми из нормативных документов. Является довольно экзотическим методом, который редко применяется на практике, ввиду сложности с воспроизводимостью измерений разными испытателями.

Другие виды испытаний

Строительные нормативы при возведении зданий предписывают застройщикам проверять различные параметры бетонных конструкций. Для этого они пользуются услугами строительных лабораторий. Чаще всего определяют следующие характеристики:

• степень карбонизации;
• диаметр и расположение арматуры в готовой конструкции;
• измерение величины защитного слоя;
• влажность поверхности;
• плотность.

Также в лабораториях, для определения важных характеристик, обязательно тестируют образцы на водонепроницаемость и морозостойкость.

Испытание бетона на водонепроницаемость

От показателя водонепроницаемости бетона зависит его прочность и морозостойкость. Все исследовательские процедуры на определение марки по водонепроницаемости выполняют по регламенту ГОСТ 12730.5.

Образцы заливают в формы-цилиндры с диаметром 150 мм или формы-кубы с ребром 150 мм. После созревания их вынимают и тестируют водяным давлением на лабораторном оборудовании. Для уменьшения погрешности показателей в лабораториях исследуют не менее 6 образцов. В зависимости от требований применяют различные способы испытаний бетонных образцов на пропускание влаги:

• используют метод «мокрого пятна»;
• вычисляют коэффициент фильтрации;
• определяют глубину проникания воды под давлением;
• проводят экспресс-тест по воздухопроницаемости.

Техническое оснащение показывает уровень лаборатории и ее возможности по получению результатов проверок.

Определение параметров морозостойкости

Требования к морозостойкости бетона вызваны климатическими факторами на территории России. Проектировщики указывают этот параметр в проектах, а службы контроля включают его в список испытаний на предварительном этапе строительства. Морозостойкость зависит от плотности смеси и отсутствия пор, в которых может скапливаться вода.

Испытания на морозостойкость проводятся только в лабораториях. Работы регламентируются ГОСТ 10060-2012. Образцы замораживают в холодильных камерах до температуры от -18 С до -50 С. Затем бетонный кубик размораживают на воздухе или в водно-солевом растворе при t=+20C. Это считается полным циклом. После определенного количества циклов бетонный камень подвергают стандартной проверке на прочность с помощью гидравлического пресса.

Лаборанты определяют количество циклов, при котором сохраняется марочная прочность. Результаты заносят в протокол испытаний. Без подписи ответственного лица документ не действителен.

Маркировка смесей и готового бетона

Маркировка бетона регулируется ГОСТ 7473. Она отражает свойства, которые заложены производителем. Разберём принятые обозначения на одном примере:

Аббревиатуры БСТ, БСМ, БСЛ означает тип бетонной смеси: тяжёлая, мелкозернистая или лёгкая. Эти сокращения приняты в отрасли и закреплены в ГОСТе.

Буквой B обозначается класс по прочности в МПа.

Буквой П, Ж, Р обозначают принадлежность смесей к группам по удобоукладываемости: подвижные, жёсткие, растекающиеся.

Латинской буквой F маркируют параметр морозостойкости. Показывает, какое количество циклов замораживания-оттаивания выдерживает насыщенный водой бетон без потери прочности или массы.

Латинская буква W в маркировке означает водонепроницаемость. Она сочетается с четными числами от 2 до 20. Единицей измерения этого параметра принято считать давление в МПа×10⁻¹. Этим показателем характеризуют максимальный водный напор, при котором бетон не пропускает воду.

Методы испытания бетона + семь способов теста прочности

Главная страница » Методы испытания бетона + семь способов теста прочности

Помимо традиционно применяемых испытаний на разлом цилиндра, практикуются также иные – методы испытания бетона. Выбирая методы мониторинга прочности бетона при сжатии, важным видится учёт влияния на процесс. Если одни процессы тестирования допускают работу непосредственно на месте, выполнение других требует времени и обращений к сторонним структурам. Помимо времени, важным критерием видится точность результатов испытаний, определяющая качество бетона.

Традиционный метод испытаний бетона на прочность

Распространённой методикой на контроль прочности монолита бетона считается исследование разломом цилиндра, полученного в полевых условиях. Практика применяется на протяжении более двух веков. Образцы отливают и после твердения тестируют на прочность сжатием по ГОСТ. Обычная работа для лабораторий на различных этапах строительства.

С момента появления метода тестирования разломом цилиндра отмечен целый ряд разработок, направленных на сокращение времени твердения структуры бетона. Например:

1. Использование обогревающих одеял.
2. Применение добавок замедлителей парообразования.

Однако многие строительные компании предпочитают придерживаться традиционной практики тестирования, объясняя выбор устоявшейся практикой.

Методы испытания бетона ГОСТ и ASTM – семь вариантов

Старый метод теста бетона на прочность далеко не самый быстрый и точный. Фактически, кроме теста через залитые цилиндры, существует масса других вариантов тестирования. Рассмотрим семь современных подходов, претендующих на выбор лучшего метода испытаний бетона на прочность.

Метод #1: молоток Шмидта (ASTM C805)

Инструмент молоток Шмидта содержит в составе конструкции стальной молот на пружине и механизм сдерживания. Срабатывание механизма приводит к выбросу стального ударного стержня, соприкасающегося с бетонной поверхностью. Скорость движения от силы пружины постоянна и воспроизводима. Уровень отскока головки относительно стального ударного стержня (или другие значения отскока) измеряется по линейной шкале, составляющей единое целое с корпусом инструмента.

Конструкция на молоток Шмидта: 1 — стальной ударный стержень; 2 — пружина; 3 — американский замок; 4 — корпус; 5 — шкала; 6 — молоток. А — готовность к тесту; B — нажим корпуса к объекту; C — молоток спущен; D — отскок молотка

Плюсы : методика относительно проста для применения, допускает выполнения тестирования непосредственно на месте строительных работ.

Минусы: точность измерений обусловлена предварительной калибровкой на основе проб. Результаты испытаний напрямую обусловлены состоянием поверхности, наличием заполнителя, присутствием арматуры в зоне производства испытания.

Метод #2: Тест на сопротивление внедрению (ASTM C803)

Для того чтобы выполнить испытания на сопротивление внедрения в бетон, специальным механизмом внедряется штифт (зонд) в структуру бетона. Величина силы, полученная в момент внедрения в структуру, плюс величина заглубления — параметры, соотносимые с прочностью тестируемой области бетона.

Плюсы: методика относительно проста для практики применения и допускает выполнение непосредственно на месте.

Минусы: полученные данные во многом связаны состоянием бетонной поверхности. Кроме того, играет роль тип используемой формы и агрегатов. Для получения точных измерений прочности необходимо предварительно калибровать механизм с упором на несколько образцов.

Метод #3: ультразвуковой импульсный метод (ASTM C597)

Этот способ тестирования бетона основан на скорости прохождения импульса ультразвука сквозь структуру бетонной плиты. На основе результата прохождения импульса измеряются параметры:

• эластичности структуры,
• сопротивления деформациям,
• плотности структуры.

Впоследствии измеренные данные характеризуют бетонную структуру по степени прочности.

Плюсы: способ относится к вариантам неразрушающего контроля, допускает также обнаружение дефектов, в частности, трещин и наличия сот в бетонной структуре.

Минусы: на результат сильно влияет наличие арматуры, заполнителей и уровня влаги бетонной структуры. Также для точного тестирования требуется калибровка с учётом нескольких образцов.

Метод #4: испытание бетона на отрыв (ASTM C900)

Основной принцип испытания на сцепление подразумевает вытягивании бетона с помощью металлического стержня, залитого на месте или внедрённого в бетон. Приложенная сила для вытягивания конической формы инструмента является определяющим параметром предела прочности бетонной структуры при сжатии.

Таким выглядит один из вариантов конструкции инструмента мониторинга на отрыв (или на сцепление бетонной структуры). Как видно из картинки, применяется успешно и на кирпичных кладках

Плюсы: отмечается простое применение, плюс применение, как на новых, так и на старых бетонных конструкциях.

Минусы: тестирование сопровождается раздавливанием или повреждением бетонной структуры. Для точности результата требуется несколько образцов под испытания в разных зонах бетонной плиты.

Метод #5: колонковое бурение керном (ASTM C42)

Для извлечения пробы из бетонной структуры применяют специальное корончатое сверло. Затем полученные образцы сжимаются машиной контроля прочности монолитного бетона.

Плюсы: более высокая точность по сравнению с образцами, застывшими в полевых условиях. Бетон, который проверяется на прочность, подвергается действительной термической истории и условиям отверждения плиты на месте.

Минусы: относится к методике разрушения целостности структуры бетонного материала. После проведения необходим ремонт места расположения жил. Для получения данных о прочности необходимо обращаться в лабораторию.

Метод #6: сборно-монолитные цилиндры (ASTM C873)

Принцип тестирования предполагает помещение цилиндрических форм в место заливки. Внутрь форм, остающихся внутри плиты, заливается свежий бетон. После затвердевания образцы удаляют и сжимают для определения прочности.

Плюсы: считается более точным вариантом по сравнению с образцами, отверждёнными в полевых условиях. Бетон подвергается тем же условиям отверждения, что и плита на месте, в отличие от образцов, отверждённых в полевых условиях.

Минусы: считается методикой разрушения, требующей нарушения структурной целостности плиты. После проведения места отверстий необходимо ремонтировать. Для получения данных о прочности требуется привлекать лабораторию.

Метод #7: использование беспроводных датчиков зрелости (ASTM C1074)

Этот метод основан на принципе определения прочности бетона напрямую зависящей от температуры гидратации. Перед заливкой смеси в бетонную опалубку, на арматуре закрепляются беспроводные датчики. Данные о температуре собираются датчиком и загружаются на любое интеллектуальное устройство через беспроводное соединение.

Современная методика испытаний, предполагающая применение специальных беспроводных датчиков, поддерживающих связь с устройством внешнего мира (например, смартфоном с программным обеспечением)

Информация, получаемая через программное приложение, используется для расчёта прочности при сжатии монолитного бетонного элемента на основе уравнения зрелости, используемого программным приложением.

Плюсы: данные о прочности при сжатии получают в режиме реального времени с возможностью периодически обновляемых сведений (обычно15 минут). Получаемые таким способом данные считаются более точными и надёжными, поскольку датчики встроены непосредственно в бетон. То есть сенсоры подвергаются тем же условиям твердения, что и монолитный бетонный элемент. Значительно сокращается время получения результатов. Исключается привлечение лаборатории.

Минусы: требуется однократная калибровка для тестирования каждой пробы для построения кривой графика с применением тестов на разлом цилиндра.

Комбинированные методы испытаний бетона на прочность

Комбинация методов измерения прочности при сжатии иногда используется для обеспечения контроля качества и гарантии качества бетонной конструкции. Комбинированный метод даёт более полный обзор структуры бетонной плиты, позволяя получить данные о прочности, используя более одного метода испытаний.

Также повышается точность данных относительно прочности, поскольку использование нескольких методов помогает учесть влияющие факторы:

• тип цемента,
• размер заполнителя,
• условия отверждения.

Например, возможна комбинация испытания ультразвукового импульсного метода и тестирования молотком Шмидта. Аналогичным образом, при использовании метода тестирования беспроводными датчиками зрелости на стройплощадке, для проверки прочности при сжатии рекомендуется выполнить испытания на разрыв цилиндра. Делается это на 28-й день жизненного цикла бетона для приёмки и подтверждения прочности плиты непосредственно на месте.

Методы испытания бетона на прочность — выбор

Такие тесты, как молоток Шмидта и метод сопротивления пробою, пусть и просты, но считаются менее точными, чем другие методы тестирования. Объясняется это отсутствием исследования центральной области бетонного элемента. Фактически тестируются только условия отверждения непосредственно под поверхностью бетонной плиты.

Ультразвуковой импульсный метод, а также испытание на вытягивание, выполнять сложнее, поскольку процесс калибровки инструмента является длительным и требует большого количества образцов для получения точных данных.

Решение относительно выбора метода тестирования логично принимать исходя из наличия знаний и привычек. Однако точность испытаний и время, необходимое для получения данных о прочности, являются важными факторами. Эти факторы следует обязательно принимать во внимание.

Точность выбранной техники может в будущем привести к проблемам с долговечностью и эксплуатационными характеристиками бетонной конструкции. Кроме того, выбор метода, который требует дополнительного времени для получения данных относительно прочности, может отрицательно сказаться на сроках выполнения строительного проекта.

И наоборот, выбор правильного инструмента может оказать положительное влияние на исполнение сроков строительного проекта, позволит завершить проект в рамках бюджета или с экономией средств.

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Zetsila — публикации материалов, интересных и полезных для социума. Новости технологий, исследований, экспериментов мирового масштаба. Социальная мультитематическая информация — СМИ .

Правило буравчика простым языком

Во многих задачах, связанных с расчётами электрических величин, важно знать направление линий магнитной индукции относительно электрического тока и наоборот. Сложные расчёты параметров магнитных полей в различных системах также невозможно выполнить без учёта направления векторов.

Для определения ориентации сил и полей на практике часто используют мнемонические правила, одним из которых является правило буравчика, с успехом применяемое в электротехнике.

Определение

В узком понимании, правило буравчика – это мнемонический алгоритм, применяемый для определения пространственного направления магнитной индукции, в зависимости от ориентации электрического тока, возбуждающего магнитное поле.

Данное правило можно сформулировать следующим образом: Если острие буравчика (штопора, винта) направить вдоль вектора тока, то ориентация линий магнитной индукции совпадёт с направлением, в сторону которого вращается ручка буравчика в традиционном исполнении этого инструмента (с правым винтом) [ 1 ] (рис. 1.)

Рис. 1. Правило буравчика для прямого проводника

На рисунке 1 показана схема для простейшего случая: по прямому участку проводника, в сторону от наблюдателя протекает электрический ток (стрелка синего цвета). Условный штопор направлен своим острым концом по вдоль линии по направлению тока. Если представить поступательное движение буравчика вдоль проводника, то направление линий, описываемых рукояткой штопора, совпадут с ориентацией магнитных линий электрического поля.

Главное правило

Рассмотренный нами пример является частным случаем алгоритма буравчика. Существует несколько вариантов формулировок правила, применяемых в различных ситуациях.

Общая, или главная формулировка, позволяет распространить данное правило на все случаи. Это вариант мнемонического правила, используемый для определения ориентации результирующей векторного произведения, называемого аксиальным вектором, а также для выбора связанного с этими векторами правого базиса (трёхмерной системы координат), что позволяет определить знак аксиального вектора.

Примечание: правый базис – условное соглашение, согласно которому выбирается декартовая система координат (положительный базис). Иногда полезно пользоваться зеркальным отражением декартовой системы (левый или отрицательный базис).

Главное правило позволяет определить направление в пространстве аксиальных векторов, важных для вычислений:

• угловой скорости;
• параметров индукционного тока;
• магнитной индукции.

Хотя ориентация аксиального вектора является условной, она важна для расчётов: придерживаясь принятого алгоритма выбора, легче производить вычисления, без риска перепутать знаки.

Во многих случаях применяют специальные формулировки, хорошо описывающие частные случаи в конкретной ситуации.

Правило правой руки

В электротехнике очень часто применяют интерпретацию буравчика для правой руки.

Действия можно сформулировать так: «Если отведённый в сторону большой палец правой руки расположить вдоль проводника так, чтобы он совпал с направлением электрического тока, то остальные пальцы будут указывать направление образованных электрическим полем магнитных силовых линий. (см. схему на рис. 2).

Рис. 2. Иллюстрация правила правой руки

Сформулированные выше алгоритмы применяются и для соленоидов. Но разница в том, что в случае с соленоидом, рукоятку буравчика вращают так, чтобы это движение совпадало с направлением токов в витках, а продвижение винта буравчика указывает на ориентацию вектора магнитных линий в соленоиде.

При использовании правой руки, пальцами охватывают (условно) катушку так, чтобы направление тока в витках совпадало с пространственным расположением пальцев. Тогда большой палец укажет на ориентацию вектора электромагнитных линий внутри катушки. На рисунке 3 изображены схемы, объясняющие алгоритмы определения направлений векторов для соленоидов.

Рис. 3. Иллюстрация правила правой руки для катушки

Не трудно догадаться, что данные правила можно применять с целью определения направления тока. Например, если с помощью магнитной стрелки определить устремление линий магнитной индукции, то путём применения правила буравчика (как вариант его формулировки для правой руки), легко определяется, в какую сторону течёт ток.

Специальные правила

Рассмотрим варианты главного правила буравчика для частных случаев. Применение таких правил часто упрощает процесс вычислений.

Для векторного произведения

Расположите векторы так, чтобы их начальные точки совпадали. Для этой ситуации правило буравчика звучит так:

Если один из векторов сомножителей вращать кратчайшим способом до совпадения направлений со вторым вектором, то буравчик, вращающийся подобным образом, будет завинчиваться в сторону, куда указывает векторное произведение.

По циферблату часов

При расположении векторов способом совпадения их начальных точек можно определить направление вектора-произведения с помощью часовой стрелки. Для этого необходимо мысленно двигать кратчайшим путём один из векторов-сомножителей в сторону другого вектора. Тогда, если смотреть со стороны вращения этого вектора по часовой стрелке, то аксиальный вектор будет направлен вглубь циферблата.

Правила правой руки, для произведения векторов

Существует два варианта правила.

Первый вариант:

Если согнутые пальцы правой руки направить в сторону кратчайшего пути для совмещения вектора-сомножителя с другим сомножителем (векторы выходят из одной точки), то отведенный в сторону большой палец укажет направление аксиального вектора.

Второй вариант:

Если правую ладонь расположить таким образом, чтобы получилось совпадение большого пальца с первым вектором-сомножителем, а указательного – со вторым, то отведённый в сторону средний палец совпадёт с направлением вектора произведения.

Для базисов

Перечисленные выше правила применяются также для базисов.

Например, правило буравчика для правого базиса можно записать так:

При вращении ручки буравчика и векторов таким образом, чтобы первый базисный вектор по кратчайшему пути стремился ко второму, то штопор будет завинчиваться в сторону третьего базисного вектора.

Указанные правила универсальны. Их можно переписать для механики с целью определения векторов:

• механического вращения (определение угловой скорости);
• момента приложенных сил;
• момента импульса.

Правила буравчика применяются также для уравнений Максвелла, что усиливает их универсальность.

Правило левой руки

В электротехнике довольно часто возникают вопросы, связанные с определением силы Ампера. Для решения задач подобного рода применяется алгоритм, называемый правилом левой руки (иллюстрация на рис. 4) – мнемоническое правило, описывающее способ определения направленности Амперовой силы, выталкивающей точечный заряд либо проводник, по которому протекает электроток.

Алгоритм применения левой руки состоит в следующем: если левую ладонь будут перпендикулярно пронизывать силовые линии, а пальцы расположатся по направлению тока, то действующие на проводник силы будут устремляться в сторону, куда указывает оттопыренный большой палец.

Интерпретация для точечного заряда

Заметим, что сформулированное правило справедливо для решения задач по определению ориентации силы Лоренца. Перефразируем правило: если ладонь левой руки поместить в магнитное поле таким образом, чтобы линии индукции перпендикулярно входили в неё, а выпрямленные пальцы направить в сторону движения положительного заряда, тонаправление вектора силы Лоренца совпадёт с отставленным на 90º большим пальцем.

Визуальная интерпретация правила левой руки представлена на рисунке 5. Обратите внимание на то, что алгоритм действий для определения сил Ампера и Лоренца практически одинаков.

Рис. 5. Интерпретация правил левой руки

Примечание: В случае с отрицательным зарядом вытянутые пальцы направляют в сторону, противоположную движению частицы.

Полезные сведения и советы

1. Общепринято считать, что направление тока указывает в сторону от плюса к минусу. На самом деле, в проводнике упорядоченное перемещение электронов направлено от негативного полюса к позитивному. Поэтому, если бы перед вами стояла задача вычисления силы Лоренца для отдельного электрона в проводнике, следовало бы учитывать данное обстоятельство.
2. По умолчанию мы рассматриваем винт (буравчик, штопор) с правой резьбой. Однако не следует забывать о существовании винтов с левой резьбой.
3. При использовании правила часовой стрелки мы принимаем условие о том, что стрелки совершают движение слева направо. Известно, что в бывшем СССР производились часы с обратным ходом часового механизма. Возможно, такие модели существуют до сегодняшнего дня.

Советы: если вам необходимо определить пространственное расположение момента силы, под действием которой происходит вращение некоего тела – вращайте винт в ту же сторону. Условное врезание винта укажет на ориентацию вектора момента силы. Скорость вращения тела не влияет на направление вектора.

Полезно знать, что при вращении буравчика по ходу вращения тела, траектория его ввинчивания совпадёт с направлением угловой скорости.

Видео по теме

Правило буравчика

С момента создания электричества было проделано много научной работы в физике по изучению его характеристик, особенностей и влияния на окружающую среду. Правило буравчика внесло свой значимый след в изучение магнитного поля, закон правой руки для цилиндрической обмотки провода позволяет глубже понять процессы, проходящие в соленоиде, а правило левой руки характеризует силы, влияющие на проводник с током. Благодаря правой и левой руке, а также мнемоническим приемам можно с легкостью эти закономерности изучить и понять.

Принцип буравчика

Достаточно долгое время магнитные и электрические характеристики поля изучались физикой раздельно. Однако в 1820 году совершенно случайно датский ученый Ханс Христиан Эрстед обнаружил магнитные свойства провода с электричеством во время проведения лекции по физике в университете. Также была обнаружена зависимость ориентации магнитной стрелки от направления протекания тока в проводнике.

Проведенный опыт доказывает наличие поля с магнитными характеристиками вокруг провода с током, на которое реагирует намагниченная стрелка или компас. Ориентация протекания «переменки» заставляет поворачиваться стрелку компаса в противоположные стороны, сама стрелка расположена по касательной электромагнитного поля.

Взаимодействие электромагнитного поля с магнитной стрелкой

Для выявления ориентации электромагнитных потоков применяют правило буравчика, или закон правого винта, которое гласит, что, ввинчивая шуруп по курсу протекания электротока в шунте, путь верчения рукоятки задаст ориентацию ЭМ потоков фона «переменки».

Также возможно использовать правило Максвелла правой руки: когда отодвинутый палец правой руки ориентируется по курсу протекания электричества, то остальные сжатые пальцы покажут ориентацию электромагнитной области.

Правило Максвелла правой руки

Пользуясь этими двумя принципами, будет получен одинаковый эффект, используемый для определения электромагнитных потоков.

Закон правой руки для соленоида

Рассмотренный принцип винта или закономерность Максвелла для правой руки применим для прямолинейного провода с током. Однако в электротехнике встречаются устройства, у которых проводник расположен не прямолинейно, и для него закон винта не применим. В первую очередь, это касается катушек индуктивности и соленоидов. Соленоид, как разновидность катушки индуктивности, представляет собой цилиндрическую обмотку провода, длина которого во много раз больше диаметра соленоида. Дроссель индуктивности отличается от соленоида лишь длиной самого проводника, который может быть в разы меньше.

Французский специалист по математике и физике А-М. Ампер, благодаря своим опытам, узнал и доказал, что при прохождении по дросселю индуктивности электротока указатели компаса у торцов цилиндрической обмотки провода разворачивались обратными концами вдоль невидимых потоков ЭМ поля. Такие опыты доказали, что около катушки индуктивности с током образовывается магнитное поле, и цилиндрическая обмотка проволоки формирует магнитные полюса. Электромагнитное поле, возбуждаемое электротоком цилиндрической обмотки проволоки, подобно магнитному полю постоянного магнита – конец цилиндрической обмотки провода, из которого выходят ЭМ потоки, отображает полюс, являющийся северным, а противоположный конец является южным.

Для распознавания магнитных полюсов и ориентации ЭМ линий в дросселе с током употребляют правило правой руки для соленоида. Оно сообщает о том, что, если взять данную катушку рукой, разместить пальцы ладони прямо по курсу протекания электронов в витках, большой палец, отодвинутый на девяносто градусов, задаст ориентацию электромагнитного фона в середине соленоида – его северный полюс. Соответственно, зная позицию магнитных полюсов цилиндрической обмотки проволоки, можно определить трассу протекания электронов в витках.

Закон правой руки для соленоида с током

Закон левой руки

Ханс Христиан Эрстед после открытия явления магнитного поля вблизи шунта в кратчайшие сроки поделился своими результатами с большинством ученых Европы. В результате этого Ампер А.-М., пользуясь своими методами, спустя короткий отрезок времени явил общественности эксперимент по специфическому поведению двух параллельных шунтов с электротоком. Формулировка опыта доказывала, что параллельно размещенные провода, по которым протекает электричество в одном направлении, взаимно придвигаются друг к другу. Соответственно, такие шунты будут взаимно отталкиваться при условии, что протекающая в них «переменка» будет распределяться в разные стороны. Эти эксперименты легли в основу законов Ампера.

Эксперимент А.-М. Ампера

Испытания позволяют озвучить главные выводы:

1. Постоянный магнит, проводник с «переменкой», электрически заряженная движущаяся частица имеют вокруг себя ЭМ область;
2. Заряженная частица, движущаяся в этой области, поддается некоторому воздействию со стороны ЭМ фона;
3. Электрическая «переменка» является ориентированным перемещением заряженных частиц, соответственно, электромагнитный фон воздействует на шунт с электричеством.

ЭМ фон влияет на шунт с «переменкой» неким давлением, называемым силой Ампера. Указанную характеристику можно определить формулой:

• FA – сила Ампера;
• I – интенсивность электричества;
• B – вектор магнитной индукции по модулю;
• Δl – размер шунта;
• α – угол между направлением В и курсом электричества в проводе.

При условии, что угол α – девяносто градусов, то данная сила наибольшая. Соответственно, если данный угол равен нулю, то и сила нулевая. Контур этой силы выявляется по закономерности левой руки.

К сведению. Если вектор магнитной индукции входит в ладонь, а пальцы расположены по курсу протекания тока, то отогнутый на 90о большой палец покажет направление силы, действующей на провод с «переменкой».

Закономерность левой руки

Если изучить правило буравчика и правило левой руки, получите все ответы на формирование ЭМ полей и их влияние на проводники. Благодаря этим правилам, есть возможность рассчитывать индуктивности катушек и при необходимости формировать противотоки. В основе принципа построения электродвигателей лежат силы Ампера в целом и правило левой руки в частности.

Видео

Правило правой и левой руки в физике

• Правило левой и правой руки в физике — описание
  • История открытия, правило буравчика
• Правило правой руки, определение
  • Смысл правила
  • Применение
• Правило правой руки для соленоида
  • Формулировка
• Правило левой руки
  • Что определяет
  • Сила Лоренца, применение, формула
  • Сила Ампера, формула
• Примеры задач в физике, электротехнике

Правило левой и правой руки в физике — описание

История открытия, правило буравчика

Связь между электричеством и магнетизмом обнаружили только в XIX веке. С тех пор люди имеют представление о магнитном поле. Первым его обнаружил датский физик Х.Эрстед. После его открытия многими учеными была проведена серия опытов, в ходе которых было открыто, что поле это широкого спектра действия (может выходить за рамки объекта) и имеет круговой характер движения. Далее исследовали направление этого движения. Определили, что оно может быть направлено в разные стороны в зависимости от расположения полюсов и сил, действующих на проводник. Так были открыты и сформулированы правила правой и левой руки. Одно из них определяет направление магнитных линий, другое — действующих на проводник сил.

Магнитное поле было принято обозначать специальными магнитными линиями (или линиями магнитной индукции): чем «гуще» линии, тем больше значение действующей силы магнитного поля.

Магнитные линии замкнутые и не свиваются.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

Зная направление линий, можно определить направление вектора магнитной индукции, и наоборот. Потому что вектор направлен по касательной к каждой точке магнитных линий.

Хоть определение правила буравчика (винтаправой руки) и сформулировано ученым-физиком Петром Буравчиком, название происходит от специального инструмента с «правой» резьбой — буравчика или винта. Было замечено, что при вкручивании его в землю резьба движется по часовой стрелке, то есть вправо. Так было определено направление силовых линий магнитного поля.

Правило левой руки было введено следом. Оно помогает определить направление воздействия на сам проводник.

Правило правой руки, определение

Если направление движения буравчика совпадает с направлением тока внутри проводника, то ручка буравчика показывает направление вектора магнитной индукции.

Как пользоваться:

• обхватить проводник ладонью правой руки;
• большой палец направить вверх;
• остальные пальцы покажут направление силовых линий магнитного поля этого тока (равно и направление вектора магнитной индукции).

Ток всегда течет от точки с большим потенциалом к точке с меньшим, то есть от «плюса» к «минусу».

Смысл правила

Легко понять правило буравчика на примере обычного штопора. Он и выступает в роли буравчика как специального инструмента с резьбой, направленной вправо (вкручивается по часовой стрелке).

Применение

Можно использовать не только в электричестве — для определения направления магнитного поля. Также помогает определять угловую скорость.

Правило правой руки для соленоида

Соленоидом называется катушка с большим количеством витков. Постоянный, направляемый магнит.

Формулировка

Если направление тока в соленоиде совпадает с направлением пальцев правой руки, то вытянутый большой палец покажет направление вектора магнитной индукции для этого соленоида.

Правило левой руки

Нельзя объединять и путать с правилом буравчика. Их применяют с разными целями.

Что определяет

Определяет направление двух сил:

• силы Лоренца;
• силы Ампера.

Сила Лоренца, применение, формула

Применение: нужно расположить три пальца левой руки (указательный, большой средний) под прямым углом друг к другу. Тогда большой покажет направление силы Лоренца, указательный (направленный вниз) определит направление магнитного поля, а средний — направление тока в проводнике.

Сила Ампера, формула

Если четыре вытянутых пальца левой руки расположены в направлении тока в проводнике, а вектор магнитной индукции входит в ладонь, то большой палец, направленный под прямым углом, покажет направление силы Ампера магнитного поля, действующей на данный проводник.

(F_A=Btimes Jtimes Lsinleft(alpharight))

Примеры задач в физике, электротехнике

Пример 1

Простые задачи по физике на определение направления силы Ампера по правилу левой руки.

Задача

Дан магнит: слева север, справа юг. Куда направлена сила Ампера?

Решение

• ток направлен всегда от юга к северу (от положительного к отрицательному концу);
• представим, что берем этот магнит в левую руку;
• располагаем четыре пальца (кроме большого) по направлению тока (справа налево, от юга к северу);
• расположение поставленного под прямым углом большого пальца покажет нам, что сила Ампера направлена вниз. Отмечаем:

Пример 2

Теперь север расположен справа, а юг слева.

Решение: ориентируясь на предыдущую задачу, можно сразу сделать вывод, что здесь сила Ампера будет направлена вверх. Либо снова проверить это, расположив правую руку по правилу левой руки. Отмечаем направление:

Более сложные задачи.

Пример 3

Задача

Определите силу, с которой однородное магнитное поле действует на проводник длиной 20 см, если сила тока в нем 300 мА, расположенный под углом 45º к вектору магнитной индукции. Магнитная индукция составляет 0,5 Тл.

Решение

(F_A=Btimes Jtimes Lsinleft(alpharight))

Пример 4

Задача

Определить силу, оказывающую действие на заряд 0,005 Кл, движущийся в магнитном поле с индукцией 0,3 Тл со скоростью 200 м/с под углом 45º к вектору магнитной индукции.

Правила буравчика и правого винта: закон правой руки для соленоида

Для корректной оценки некоторых процессов учитывают направление силовых линий, полярность, угловую скорость. При создании запорного устройства на основе соленоида, например, нужно правильно определить, в какую сторону будет перемещаться сердечник после подключения источника тока. Правило буравчика поможет решать подобные задачи быстро и точно, без сложных вычислений.

Специальные правила упрощают определение параметров электромагнитного поля

Общее (главное) правило

Рассматриваемая методика применима не только для решения электротехнических задач. Общие принципы справедливы для многих процессов, которые описывают с применением векторных обозначений. Эта форма позволяет, кроме амплитуды, оперировать с направлением силы. В определенной ситуации результирующее воздействие определяется умножением соответствующих векторов.

Декартова система координат

На практике чаще используют первый пример на картинке – правый (положительный) базис. В соответствии с базовым определением подразумевается совмещенное положение векторов. В этом варианте кратчайший поворот от первого (i) ко второму (j) выполняется против направления движения стрелок на циферблате чатов.

Для произведения двух векторов

Удобный для практического применения закон буравчика создан с учетом типовых технических решений. Шурупы и другие крепежные изделия, как правило, изготавливают с аналогичной резьбой (правой). Это соответствует физиологии человека, позволяет развивать большие усилия естественным движением кисти руки.

«Оружейное» мнемоническое правило

Запомнить метод буравчика можно с помощью показанной на рисунке конфигурации пальцев, которой изображают «пистолет». Для устойчивой ассоциации с определенными физическими величинами нужно вспомнить англоязычную аббревиатуру американских спецслужб (ФБР – FBI). При таком расположении пальцы будут показывать следующие вектора:

• большой – ток в проводнике (I);
• указательный – магнитную индукцию (B);
• средний – силовое воздействие (F).

Для базисов

Аналогичным образом запоминают ориентацию векторных составляющих при рассмотрении базисов. Также применяют мнемоническое правило на основе часов. В таком варианте два вектора ассоциируются со стрелками часов. Результат умножения направлен в глубину механизма либо к наблюдателю, соответственно.

Мнемонические правила для отдельных случаев

Представленные технологии не обязательны для использования при решении практических задач. Правило правой руки в физике используют в качестве вспомогательного инструмента. Вычисления делают с применением стандартных методик векторной алгебры. Однако достаточно часто требуется ускоренное уточнение направления магнитных линий либо иного параметра. Не всегда нужны сведения о силе токе в амперах, другие точные данные. В подобных ситуациях пригодятся правила буравчика по физике.

Для механического вращения скорости

Удобные и понятные правила можно применить в разных сферах деятельности.

Для угловой скорости

Для рассмотрения механических систем часто приходится оперировать с выражениями угловой скорости (w) и перемещения (v). По движению буравчика определяют направление вектора w.

Для момента импульса

Этот же принцип используют для уточнения параметров момента импульса (L), который зависит от общей массы и ее распределения в исследуемом объекте. Однако выяснить направление вектора можно с применением простого правила буравчика.

Для момента сил

По классическому определению вращающий момент (M) равен произведению векторов силы (F) и радиуса (r), который соединяет точки оси вращения и места приложения соответствующего воздействия. Для расчетов применяют сложные вычисления с использованием интегралов и угловых проекций. Движение тела будет соответствовать перемещению буравчика. Подразумевается вращение рукоятки его в сторону соответствующего момента сил.

Магнитостатика и электродинамика

Земля создает мощное поле, защищающее людей от солнечной радиации. Под его воздействием стрелка компаса перемещается в определенное положение. Ток, проходящий через проводник, создает силовое воздействие для вращения двигателя. Обратный алгоритм действий применяют для генерации электроэнергии. Отмеченные процессы можно сформулировать и описать комплексом уравнений. Правило правой руки позволяет определить отдельные параметры в электродинамике без лишних сложностей.

Магнитная индукция

Рассматриваемое явление открыто в начале 19 века. Основные зависимости физических величин определены законом Фарадея:

где:

• Е – электродвижущая сила;
• Ф – магнитный поток, который создается вектором индукции;
• t – контрольный временной интервал.

Позднее были определена зависимость ЭДС не только от формы силы внешнего воздействия. Ток появляется и в проводнике, который движется в стабильном магнитном поле. Био-Савар установил векторную зависимость экспериментально. Позднее Лаплас сделал общее определение и уточнил принципы вычислений для перемещающего единичного заряда. Эти постулаты стали основой современной магнитостатики.

В приведенном выражении «минус» перед второй частью объясняется условием противоположной направленности линий соответствующего магнитного потока (закон Лоренца) току в проводнике.

Для упрощенного рассмотрения методики правило буравчика кратко будет обозначаться далее в тексте аббревиатурой «ПБ». Правило левой руки или правой – «ПЛР» или «ППР», соответственно. Иные сокращения для обозначения направлений:

• перемещения винта (буравчика) – НДБ;
• вращения ручки – НВР;
• отставленного на прямой угол большого пальца – НБП;
• сложенных других пальцев – НСП.

Условные сокращения

Метод	Соответствие
ПБ
НДБ	току в контрольном проводнике
НВР	вектору (В), созданному пропускаемым током
ППР
НБП	току
НСП	силовым линиям

Для тока в проводнике, движущемся в магнитном поле

Метод определения	Соответствие
ППР
НБП	движению контрольного провода
НСП (прямая ладонь, силовые линии входят перпендикулярно)	индукционного тока

Уравнения Максвелла

В этом случае применяют возможность выражения операции ротора через произведение двух векторов. Для простоты понимания можно представить вращающуюся жидкую среду обладающей определенной угловой скоростью.

Методы определения базовых параметров

Метод	Соответствие
ПБ
НДБ	векторному выражению ротора
НВР	завихрениям поля
ППР
НБП	вектору ротора (потоку, который проходит через контрольный контур)
НСП	завихрениям (индуцируемой электродвижущей силе)

Правила левой руки

По аналогичным принципам заполнены представленные в следующих разделах таблицы.

Первое правило

Метод	Соответствие
ПЛР
НБП	действующей на проводник силе
НСП (прямая ладонь)	току в контрольном проводе

Пояснение методики при размещении провода в постоянном магнитном поле

Для следующего варианта изменены исходные условия:

• постоянный магнит неподвижен;
• заряд перемещается с пересечением силовых линий.

Второе правило

Метод определения	Соответствие
ПЛР
НБП	действующей на заряд силе
НСП (прямая ладонь)	движению частицы с положительным зарядом

Объяснение названия

После изучения общих принципов и формулировок пользоваться рассмотренными правилами несложно. Ниже подробно представлены методики, которые применяют при работе с электротехническими схемами. В частности, с их помощью определяют направление тока. При необходимости уточняют параметры образованного поля. Аналогичные технологии можно использовать в механике для оценки угловой скорости и других рабочих параметров системы. Изменяются только отдельные компоненты формул. Алгоритмы применения технологий остаются неизменными.

Связь магнитного поля с правилами

В этой части публикации рассматриваются электрические величины. Поэтому следует напомнить о направлении течения тока в проводке – от «плюса» источника питания к «минусу». От контрольной точки с большим потенциалом (ϕ1=10 B) – к месту измерения с относительно меньшим (ϕ1= 5 B).

Кольцевая проводящая конструкция

На иллюстрации представлена кольцевая конструкция. Для уточнения характеристик системы в соответствии с базовыми правилами винт вкручивают с учетом реального направления силовых линий. Вращение рукоятки соответствует току в проводе, подключенному к источнику питания.

В этом примере необходимо выяснить направление вектора (В) магнитной индукции и соответствующую конфигурацию линий силового поля. Для проверки сжимают руку в кулак. Один палец ставят вертикально – известный жест «Класс!». Он будет соответствовать движению тока. Вектор, обозначающий магнитное поле, совпадает с положением четырех сжатых пальцев.

Важно! Нельзя прикасаться к проводнику под напряжением при проведении эксперимента, чтобы исключить поражение электротоком.

Для наглядности опыт можно повторить с железными опилками. Гранулы рассыпают на плоской поверхности. Допустимо использование листа картона, другого материала с нейтральными по отношению к электромагнитным полям свойствами. В центре перпендикулярно устанавливают провод. После подключения к источнику тока можно наблюдать распределение полос, которое соответствует линиям созданного силового поля.

К сведению. По рассмотренной схеме определяют полюса катушки, подключенной к источнику питания. Пользуются стандартным алгоритмом ППР. Отогнутый большой палец будет показывать на северный полюс.

Особенности соленоида

Электромагнитное поле создает катушка, подключенная к источнику питания. На примере с кольцевой конструкцией понятно неравномерное распределение силовых линий. Это затрудняет создание рабочих схем с заданными расчетными параметрами.

Отмеченный недостаток устраняют с применением соленоида. При достаточно большом количестве витков в центральной части образуется равномерное поле с параллельными силовыми линиями. «Краевыми» искажениями, если длина значительно больше, по сравнению с диаметром, можно пренебречь. Фактически эта конструкция выполняет функции постоянного магнита. Существенное преимущество – возможность создания изделий с определенными расчетом (изменяемыми) рабочими параметрами.

Катушка и кольцевая конструкция

Для уточнения параметров поля берут катушку, как показано на картинке. Сжатые пальцы направляют с учетом подключенного электропитания. Обеспечивают совпадение с током. Большой палец отгибают в сторону. Он будет показывать сторону, в которую направлен вектор силовых линий магнитной индукции.

К сведению. Аналогичным образом применяют правило буравчика. По этой методике винт вкручивают от «+» подключенной аккумуляторной батареи к «минусовой» клемме.

Как узнать направление тока

По изученным правилам действуют для уточнения этого параметра. Движение винта должно соответствовать вектору силовых линий магнитной индукции. По вращению рукоятки винта узнают направление тока.

Применение ППР

При пользовании рассмотренными методиками следует исключить возможные ошибки по причине подобных названий. Правило левой руки используют для проверки сил, которые воздействуют на изделие из проводящего материала при размещении образца в магнитном поле. Сжатые пальцы располагают в соответствии с током. Силовые линии должны входить в открытую ладонь. Отогнутый на угол 90° большой палец – направление вектора силового воздействия. Для расчета силы Ампера (Fа) применяют следующую формулу:

Такой же метод пригоден для определения стороны перемещения отдельных заряженных частиц или потока электронов. Сжатые пальцы открытой ладони направляют по их движению. Большой – покажет силовое воздействие. При необходимости вместо правилa левой руки можно применить рассмотренную выше технологию с «пистолетом» FBI.

Правила буравчика и правого винта: закон правой руки для соленоида

– это особый вид материи, посредством которой осуществляется взаимодействие между движущимися электрически заряженными частицами.

Свойства стационарного магнитного поля

Постоянное (или стационарное) магнитное поле – это магнитное поле, неизменяющееся во времени .

1. Магнитное поле создается движущимися заряженными частицами и телами, проводниками с током, постоянными магнитами.

2. Магнитное поле действует на движущиеся заряженные частицы и тела, на проводники с током, на постоянные магниты, на рамку с током.

3. Магнитное поле вихревое, т.е. не имеет источника.

– это силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга.

.

– это силовая характеристика магнитного поля.

Вектор магнитной индукции направлен всегда так, как сориентирована свободно вращающаяся магнитная стрелка в магнитном поле.

Единица измерения магнитной индукции в системе СИ:

Линии магнитной индукции

– это линии, касательными к которой в любой её точке является вектор магнитной индукции.

Однородное магнитное поле – это магнитное поле, у которого в любой его точке вектор магнитной индукции неизменен по величине и направлению; наблюдается между пластинами плоского конденсатора, внутри соленоида (если его диаметр много меньше его длины) или внутри полосового магнита.

Магнитное поле прямого проводника с током:

– направление тока в проводнике на нас перпендикулярно плоскости листа,

– направление тока в проводнике от нас перпендикулярно плоскости листа.

Магнитное поле соленоида:

Магнитное поле полосового магнита:

– аналогично магнитному полю соленоида.

Свойства линий магнитной индукции

– имеют направление;
– непрерывны;
-замкнуты (т.е. магнитное поле является вихревым);
– не пересекаются;
– по их густоте судят о величине магнитной индукции.

Направление линий магнитной индукции

– определяется по правилу буравчика или по правилу правой руки.

Правило буравчика ( в основном для прямого проводника с током):

Если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля тока.

Правило правой руки

( в основном для определения направления магнитных линий
внутри соленоида):

Если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены вдоль тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида.

Существуют другие возможные варианты применения правил буравчика и правой руки.

– это сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током.

Модуль силы Ампера равен произведению силы тока в проводнике на модуль вектора магнитной индуции, длину проводника и синус угла между вектором магнитной индукции и направлением тока в проводнике.

Сила Ампера максимальна, если вектор магнитной индукции перпендикулярен проводнику.

Если вектор магнитной индукции параллелен проводнику, то магнитное поле не оказывает никакого действия на проводник с током, т.е. сила Ампера равна нулю.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки:

Если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная проводнику составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, а 4 вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы, действующий на проводник с током.

или

Действие магнитного поля на рамку с током

Однородное магнитное поле ориентирует рамку (т.е. создается вращающий момент и рамка поворачивается в положение, когда вектор магнитной индукции перпендикулярен плоскости рамки).

Неоднородное магнитное поле ориентирует + притягивает или отталкивает рамку с током.

Так, в магнитном поле прямого проводника с током (оно неоднородно) рамка с током ориентируется вдоль радиуса магнитной линии и притягивается или отталкивается от прямого проводника с током в зависимости от направления токов.