Reguła prawej dłoni, czyli ruch przewodnika w polu magnetycznym

Reguła prawej dłoni w elektrodynamice służy do określenia kierunku i zwrotu wektorów związanych z polem magnetycznym i prądem elektrycznym. Jest ich kilka, więc warto je uporządkować.

Zwrot wektora indukcji magnetycznej

Jeżeli przez przewodnik płynie prąd elektryczny, wokół niego powstaje pole magnetyczne - tę zależność odkrył i opisał André Ampère. To pole może oddziaływać tak samo, jak pole pochodzące od magnesów stałych, czyli może powodować przyciąganie lub odpychanie.

Jeżeli przez przewód płynie prąd I, wówczas wokół niego powstaje pole magnetyczne o indukcji B. Jeżeli obejmiemy przewód prawą ręką tak, aby kciuk wskazywał kierunek przepływu prądu, to cztery zgięte palce wskażą zwrot wektora indukcji magnetycznej.

Co ważne, mowa jest o umownym kierunku przepływu prądu, czyli wywołanym przez przemieszczające się nośniki dodatniego ładunku elektrycznego.

W ten sposób można również określić ustawienie się igły magnetycznej przy takim przewodniku. Zakładamy przy tym, że ta igła jest pomalowana w sposób typowy, czyli biegun południowy (S) ma kolor czerwony, a północny (N) niebieski.

Oczywiście, natężenie prądu płynącego przez ten przewód musi być na tyle wysokie, aby przeciwstawić się innym źródłom pola magnetycznego, z których największą jest nasza planeta. Jej własne pole magnetyczne może zaburzać przebieg eksperymentów z magnetyzmem.

Zwrot siły elektrodynamicznej

Siła elektrodynamiczna to siła, która powstaje, kiedy przez przewodnik umieszczony w polu magnetycznym płynie prąd. Reguła prawej dłoni pozwala łatwo wyznaczyć kierunek tej siły w zależności od kierunku i zwrotu wektora indukcji magnetycznej B oraz prądu elektrycznego I.

Najczęściej jest tutaj stosowana reguła lewej dłoni, według której należy ustawić tę kończynę tak, aby pole magnetyczne “wbijało się” w jej otwarte wnętrze. Jeżeli cztery wyprostowane palce wskazują kierunek przepływu prądu w przewodniku, to odgięty pod kątem prostym kciuk wskazuje kierunek i zwrot działania siły elektrodynamicznej.

Ale można tutaj również wykorzystać prawą dłoń. Wystarczy ustawić ją tak, aby linie obrazujące wektor działania pola magnetycznego “wbijał się” w zewnętrzną część otwartej dłoni, a nie wewnętrzną. Pozostałe reguły będą takie same.

Można prawą dłoń ustawić inaczej, jeżeli ktoś woli taką wersję:

Najważniejsze, aby trzy palce - kciuk, wskazujący i środkowy - były ustawione prostopadle do siebie. Wskazujący pokazuje zwrot indukcji magnetycznej, kciuk zwrot siły elektrodynamicznej a środkowy kierunek przepływu prądu w przewodniku.

Inne zastosowania

Reguła prawej dłoni w ogólnym ujęciu umożliwia proste wyznaczenie kierunku i zwrotu iloczynu wektorowego dwóch wielkości, więc można jej używać nie tylko w elektromagnetyzmie. Warunek jest taki, aby wektory wchodzące w skład tego iloczynu były prostopadłe do siebie.

Jeżeli palec wskazujący jest zwrócony w stronę wektora a, zaś środkowy w stronę wektora b, to kciuk wskaże kierunek i zwrot ich iloczynu wektorowego. Ta szybka w użyciu zasada może pomóc w wielu dylematach związanych z iloczynem wektorowym.