Электромагнитная сила правило левой руки. Магнитное поле
Первым, кто сформулировал правило буравчика, был Петр Буравчик. Это правило очень удобно, если нужно определить такую характеристику магнитного поля, как направленность .Правило буравчика можно задействовать только в том случае, если магнитное поле расположено прямолинейно по отношению к проводнику с током.
Правило буравчика гласит, что направленность магнитного поля совпадет с направленностью рукоятки самого буравчика, если буравчик с правой нарезкой вкручивается по направлению тока.
Применение данного правила возможно и в соленоиде. Тогда правило буравчика звучит так: большой оттопыренный палец правой руки укажет направление линий магнитной индукции, если обхватить соленоид так, чтобы пальцы указывали на направление тока в витках.
Соленоид - представляет собой катушку с плотно намотанными витками. Обязательное условие - длина катушки должна быть значительно больше, чем диаметр.
Правило правой руки является обратным к правилу буравчику, но с более удобной и понятной формулировкой из-за чего употребляется намного чаще.
Правило правой руки звучит так - обхватите исследуемый элемент правой рукой так, чтобы пальцы сжатого кулака указывали направление , в таком случае при поступательном движении по направлению магнитных линий большой отогнутый на 90 градусов относительно ладони палец укажет направление тока.
Если в задаче описан движущийся проводник, то правило правой руки сформулируется так: расположите руку так, чтобы силовые линии поля перпендикулярно входили в ладонь, а большой палец руки, вытянутый перпендикулярно, должен указывать направление движения проводника, тогда оттопыренные четыре оставшихся пальца будут направлены так же, как и индукционный ток.
Правило левой руки
Расположите левую ладонь так, чтобы четыре пальца указывали направление электрического тока в проводнике, при этом линии индукции должны входить в ладонь под углом 90 градусов, тогда отогнутый большой палец укажет направление действующей на проводник силы.Чаще всего это правило используют для определения направления, по которому будет отклоняться проводник. Имеется в виду ситуация, когда проводник располагают между двумя магнитами и пускают по нему ток.
Выпишите из учебника закон Био-Савара-Лапласа. Данный закон позволяет рассчитывать величину и направление вектора магнитной индукции в любом общем случае. Основой расчета магнитного поля по данному правилу являются токи, создающие данное поле. Причем длины участков, по которым течет ток, можно делать сколь угодно малыми вплоть до элементарных значений, увеличивая таким образом точность расчета.
Видео по теме
Правило правого винта используется в терминологии одного из разделов физики, изучающего электромагнитные явления. Данное правило применяют для определения направления магнитного поля.
Вам понадобится
- Учебник по физике, карандаш, лист бумаги.
Инструкция
Прочитайте в учебнике по восьмого класса то, как звучит правила правого винта. Данное правило иначе еще называют правилом буравчика или правилом правой руки, что говорит о его смысловом характере. Итак, одна из формулировок правила правого винта гласит, что для того чтобы понять, как направлено магнитное поле, расположенное вокруг проводника с током, необходимо представить, что поступательного движение некоторого вращающегося винта совпадает с направлением тока в проводнике. Направление вращения головки винта в этом случае должно указать на направление магнитного поля прямого проводника с током.
Обратите внимание, что формулировка и понимание данного правила становятся более понятны, если представить вместо винта буравчик. Тогда за направление магнитного поля принимается направление вращения рукоятки буравчика.
Вспомните, соленоид. Как известно, он представляет собой катушку индуктивности, намотанную на магнитный сердечник. Катушка подключается к источнику тока, в результате чего внутри нее образуется равномерное магнитное поле определенного направления.
Нарисуйте на листе бумаги схематично соленоид со стороны его торца. Фактически, вы получите изображение окружности. Укажите на окружности, представляющей витки катушки, направление тока в проводнике в виде стрелки (по часовой стрелке). Теперь остается понять по направлению тока, куда направлены линии магнитного поля. В данном случае они могут быть направлены либо от вас, либо к вам.
Представьте, что вы закручиваете некий шуруп или винт, вращая его в направлении движения тока в соленоиде. Поступательное движение шурупа показывает направление магнитного поля внутри соленоида. Если направление тока по часовой стрелке, то вектор индукции магнитного поля направлен от вас.
Продолжительное время электрические и магнитные поля изучались раздельно. Но в 1820 году датский учёный Ханс Кристиан Эрстед во время лекции по физике обнаружил, что магнитная стрелка поворачивается возле проводника с током (см. Рис. 1). Это доказало магнитное действие тока. После проведения нескольких экспериментов Эрстед обнаружил, что поворот магнитной стрелки зависел от направления тока в проводнике.
Рис. 1. Опыт Эрстеда
Для того чтобы представить, по какому принципу происходит поворот магнитной стрелки вблизи проводника с током, рассмотрим вид с торца проводника (см. Рис. 2, ток направлен в рисунок, - из рисунка), возле которого установлены магнитные стрелки. После пропускания тока стрелки выстроятся определённым образом, противоположными полюсами друг к другу. Так как магнитные стрелки выстраиваются по касательным к магнитным линиям, то магнитные линии прямого проводника с током представляют собой окружности, а их направление зависит от направления тока в проводнике.
Рис. 2. Расположение магнитных стрелок возле прямого проводника с током
Для более наглядной демонстрации магнитных линий проводника с током можно провести следующий опыт. Если вокруг проводника с током высыпать железные опилки, то через некоторое время опилки, попав в магнитное поле проводника, намагнитятся и расположатся по окружностям, которые охватывают проводник (см. Рис. 3).
Рис. 3. Расположение железных опилок вокруг проводника с током ()
Для определения направления магнитных линий возле проводника с током существует правило буравчика (правило правого винта) - если вкручивать буравчик по направлению тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика укажет направление линий магнитного поля тока (см. Рис. 4).
Рис. 4. Правило буравчика ()
Также можно использовать правило правой руки - если направить большой палец правой руки по направлению тока в проводнике, то четыре согнутых пальца укажут направление линий магнитного поля тока (см. Рис. 5).
Рис. 5. Правило правой руки ()
Оба указанных правила дают один и тот же результат и могут быть использованы для определения направления тока по направлению магнитных линий поля.
После открытия явления возникновения магнитного поля вблизи проводника с током Эрстед разослал результаты своих исследований большинству ведущих учёных Европы. Получив эти данные, французский математик и физик Ампер приступил к своей серии экспериментов и через некоторое время продемонстрировал публике опыт по взаимодействию двух параллельных проводников с током. Ампер установил, что если по двум расположенным параллельно проводникам течёт электрический ток в одну сторону, то такие проводники притягиваются (см. Рис. 6 б) если ток течёт в противоположные стороны - проводники отталкиваются (см. Рис. 6 а).
Рис. 6. Опыт Ампера ()
Из своих опытов Ампер сделал следующие выводы:
1. Вокруг магнита, или проводника, или электрически заряженной движущейся частицы существует магнитное поле.
2. Магнитное поле действует с некоторой силой на заряженную частицу, движущуюся в этом поле.
3. Электрический ток представляет собой направленное движение заряженных частиц, поэтому магнитное поле действует на проводник с током.
На рисунке 7 изображён проволочный прямоугольник, направление тока в котором показано стрелками. Используя правило буравчика, начертить возле сторон прямоугольника по одной магнитной линии, указав стрелкой её направление.
Рис. 7. Иллюстрация к задаче
Решение
Вдоль сторон прямоугольника (проводящей рамки) вкручиваем мнимый буравчик по направлению тока.
Вблизи правой боковой стороны рамки магнитные линии будут выходить из рисунка слева от проводника и входить в плоскость рисунка справа от него. Это обозначается с помощью правила стрелы в виде точки слева от проводника и крестика справа от него (см. Рис. 8).
Аналогично определяем направление магнитных линий возле других сторон рамки.
Рис. 8. Иллюстрация к задаче
Опыт Ампера, в котором вокруг катушки устанавливались магнитные стрелки, показал, что при протекании по катушке тока стрелки к торцам соленоида устанавливались разными полюсами вдоль мнимых линий (см. Рис. 9). Это явление показало, что вблизи катушки с током есть магнитное поле, а также что у соленоида есть магнитные полюса. Если изменить направление тока в катушке, магнитные стрелки развернутся.
Рис. 9. Опыт Ампера. Образование магнитного поля вблизи катушки с током
Для определения магнитных полюсов катушки с током используется правило правой руки для соленоида (см. Рис. 10) - если обхватить соленоид ладонью правой руки, направив четыре пальца по направлению тока в витках, то большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида, то есть на его северный полюс. Это правило позволяет определять направление тока в витках катушки по расположению её магнитных полюсов.
Рис. 10. Правило правой руки для соленоида с током
Определите направление тока в катушке и полюсы у источника тока, если при прохождении тока в катушке возникают указанные на рисунке 11 магнитные полюсы.
Рис. 11. Иллюстрация к задаче
Решение
Согласно правилу правой руки для соленоида, обхватим катушку таким образом, чтобы большой палец показывал на её северный полюс. Четыре согнутых пальца укажут на направление тока вниз по проводнику, следовательно, правый полюс источника тока положительный (см. Рис. 12).
Рис. 12. Иллюстрация к задаче
На данном уроке мы рассмотрели явление возникновения магнитного поля вблизи прямого проводника с током и катушки с током (соленоида). Также были изучены правила нахождения магнитных линий данных полей.
Список литературы
- А.В. Перышкин, Е.М. Гутник. Физика 9. - Дрофа, 2006.
- Г.Н. Степанова. Сборник задач по физике. - М.: Просвещение, 2001.
- А.Фадеева. Тесты физика (7 - 11 классы). - М., 2002.
- В. Григорьев, Г. Мякишев Силы в природе. - М.: Наука, 1997.
Домашнее задание
- Интернет-портал Clck.ru ().
- Интернет-портал Class-fizika.narod.ru ().
- Интернет-портал Festival.1september.ru ().
ПРАВИЛО ПРАВОЙ РУКИ, определяет направление индукционного тока в проводнике, движущемся в магнитном поле. Если ладонь правой руки расположить так, чтобы в нее входили силовые линии магнитного поля, а отогнутый большой палец направить по движению… … Энциклопедический словарь
ПРАВИЛО ПРАВОЙ РУКИ, см. ПРАВИЛА ФЛЕМИНГА … Научно-технический энциклопедический словарь
правило правой руки - — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN Fleming s ruleright hand rule … Справочник технического переводчика
правило правой руки - удобное для запоминания правило для определения направления индукционного тока в проводнике, движущегося в магнитном поле: если расположить правую ладонь так, чтобы отставлtysq большой палец совпадал с направлением движения… … Энциклопедический словарь по металлургии
правило правой руки - dešinės rankos taisyklė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. right hand rule vok. Rechte Hand Regel, f rus. правило правой руки, n pranc. règle de la main droite, f … Fizikos terminų žodynas
Прямой провод с током. Ток (I), протекая через провод, создаёт магнитное поле (B) вокруг провода. Правило буравчика (также, правило правой руки) мнемоническое правило для определения направления вектора угловой скорости, характеризующей скорость … Википедия
Определяет направление индукционного тока в проводнике, движущемся в магнитном поле. Если ладонь правой руки расположить так, чтобы в нее входили силовые линии магнитного поля, а отогнутый большой палец направить по движению проводника, то 4… … Большой Энциклопедический словарь
Для определения направления индукц. тока в проводнике, движущемся в магн. поле: если расположить правую ладонь так, чтобы отставленный большой палец совпадал с направлением движения проводника, а силовые линии магн. поля входили в ладонь, то… … Физическая энциклопедия
Определяет направление индукционного тока в проводнике, движущемся в магнитном поле. Если ладонь правой руки расположить так, чтобы в неё входили силовые линии магнитного поля, а отогнутый большой палец направить по движению проводника, то… … Энциклопедический словарь
Вступив во взрослую жизнь, мало кто вспоминает школьный курс физики. Однако иногда необходимо покопаться в памяти, ведь некоторые знания, полученные в юности, могут существенно облегчить запоминание сложных законов. Одним из таких является правило правой и левой руки в физике. Применение его в жизни позволяет понять сложные понятия (к примеру, определить направление аксиального вектора при известном базисном). Сегодня попробуем объяснить эти понятия, и как они действуют языком, доступным простому обывателю, закончившему учёбу давно и забывшему ненужную (как ему казалось) информацию.
Читайте в статье:
Формулировка правила буравчика
Пётр Буравчик – это первый физик, сформулировавший правило левой руки для различных частиц и полей. Оно применимо как в электротехнике (помогает определить направление магнитных полей), так и в иных областях. Оно поможет, к примеру, определить угловую скорость.
Правило буравчика (правило правой руки) – это название не связано с фамилией физика, сформулировавшего его. Больше название опирается на инструмент, имеющий определённое направление шнека. Обычно у буравчика (винта, штопора) т.н. резьба правая, входит в грунт бур по часовой стрелке. Рассмотрим применение этого утверждения для определения магнитного поля.
Нужно сжать правую руку в кулак, подняв вверх большой палец. Теперь немного разжимаем остальные четыре. Именно они указывают нам направление магнитного поля. Если же говорить кратко, правило буравчика имеет следующий смысл – вкручивая буравчик вдоль направления тока, увидим, что рукоять вращается по направлению линии вектора магнитной индукции.
Правило правой и левой руки: применение на практике
Рассматривая применение этого закона, начнём с правила правой руки. Если известно направление вектора магнитного поля, при помощи буравчика можно обойтись без знания закона электромагнитной индукции. Представим, что винт передвигается вдоль магнитного поля. Тогда направление течения тока будет «по резьбе», то есть вправо.
Обратим внимание на постоянный управляемый магнит, аналогом которого является соленоид. По своей сути он является катушкой с двумя контактами. Известно, что ток движется от «+» к «-». Опираясь на эту информацию, берём в правую руку соленоид в таком положении, чтобы 4 пальца указывали направление течения тока. Тогда вытянутый большой палец укажет вектор магнитного поля.
Правило левой руки: что можно определить, воспользовавшись им
Не стоит путать правила левой руки и буравчика – они предназначены для совершенно разных целей. При помощи левой руки можно определить две силы, вернее, их направление. Это:
- сила Лоренца;
- сила Ампера.
Попробуем разобраться, как это работает.
Правило левой руки для силы Ампера: в чём оно заключается
Расположим левую руку вдоль проводника так, чтобы пальцы были направлены в сторону протекания тока. Большой палец будет указывать в сторону вектора силы Ампера, а в направлении руки, между большим и указательным пальцем будет направлен вектор магнитного поля. Это и будет правило левой руки для силы ампера, формула которой выглядит так:
Правило левой руки для силы Лоренца: отличия от предыдущего
Располагаем три пальца левой руки (большой, указательный и средний) так, чтобы они находились под прямым углом друг к другу. Большой палец, направленный в этом случае в сторону, укажет направление силы Лоренца, указательный (направлен вниз) – направление магнитного поля (от северного полюса к южному), а средний, расположенный перпендикулярно в сторону от большого, – направление тока в проводнике.
Формулу расчёта силы Лоренца можно увидеть на рисунке ниже.
Заключение
Разобравшись один раз с правилами правой и левой руки, уважаемый читатель поймёт, насколько легко ими пользоваться. Ведь они заменяют знание многих законов физики, в частности, электротехники. Главное здесь – не забыть направление течения тока.
Надеемся, что сегодняшняя статья была полезна нашим уважаемым читателям. При возникновении вопросов их можно оставить в обсуждениях ниже. Редакция сайт с удовольствием на них ответит в максимально сжатые сроки. Пишите, общайтесь, спрашивайте. А мы, в свою очередь, предлагаем вам посмотреть короткое видео, которое поможет более полно понять тему нашего сегодняшнего разговора.
По
физике
за 11 класс (Касьянов В.А., 2002 год),
задача №32
к главе «Магнетизм. Магнитное поле. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
».
Вектор магнитной индукции
Электрический ток оказывает магнитное действие Таким образом, магнитное поле порождается движущимися зарядами.
Вектор магнитной индукции - векторная физическая величина, направление которой в данной точке совпадает с направлением, указываемым в этой точке северным полюсом свободной магнитной стрелки.
Модуль вектора магнитной индукции - физическая величина, равная отношению максимальной силы, действующей со стороны магнитного поля на отрезок проводника с током, к произведению силы тока и длины отрезка проводника:
Единица магнитной индукции - тесла (1 Тл).
Правило буравчика для прямого тока: если ввинчивать буравчик по направлению тока в проводнике, то направление скорости движения конца его рукоятки совпадает с направлением вектора магнитной индукции в этой точке.
Правило правой руки для прямого тока: если охватить проводник правой рукой, направив отогнутый большой палец вдоль тока, то кончики остальных пальцев в данной точке покажут направление вектора индукции в этой точке.
Принцип суперпозиции магнитных полей: результирующая магнитная индукция в данной точке складывается из векторов магнитной индукции, созданной различными токами в этой точке:
Правило буравчика для витка с током (контурного тока): если вращать рукоятку буравчика по направлению тока в витке, то поступательное перемещение буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции, созданной током в витке на своей оси.
Линии магнитной индукции - линии, касательные к которым в каждой точке совпадают с направлением вектора магнитной индукции. Линии магнитной индукции всегда замкнуты: они не имеют начала и конца. Магнитное поле - вихревое поле, т.е поле с замкнутыми линиями магнитной индукции
Магнитный поток (поток магнитной индукции) через поверхность определенной площади - физическая величина, равная скалярному произведению вектора магнитной индукции на вектор площади:
Единица магнитного потока - вебер (1 Вб) 1 Вб= 1 Тл.м 2 .
Закон Ампера: сила, с которой магнитное поле действует на помещенный в него отрезок проводника с током, равна произведению силы тока, магнитной индукции, длины отрезка проводника и синуса угла между направлениями тока и вектором магнитной индукции:
В однородном магнитном поле замкнутый контур стремится установиться так, чтобы направление его собственной индукции совпало с направлением внешней индукции.
Сила Лоренца - сила, действующая на движущуюся со скоростью v заряженную частицу со стороны магнитного поля В:
где q - заряд частицы, а - угол между скоростью частицы и индукцией магнитного поля.
Направление силы Лоренца определяет правило левой руки: если кисть левой руки расположить так, чтобы четыре вытянутых пальца указывали направление скорости положительного заряда (или противоположное скорости отрицательного заряда), а вектор магнитной индукции входил в ладонь, то отогнутый (в плоскости ладони) на 90° большой палец покажет направление силы, действующей на данный заряд.
Заряженная частица, влетающая в однородное магнитное поле параллельно линиям магнитной индукции, движется равномерно вдоль этих линий. Заряженная частица, влетающая в однородное магнитное поле в плоскости, перпендикулярной линиям магнитной индукции, движется в этой плоскости по окружности. Параллельно расположенные проводники, по которым протекают токи в одном направлении, притягиваются, а в противоположных - отталкиваются. Магнитные поля, создаваемые токами I 1 ,I 2 , протекающими по бесконечно длинным параллельным проводникам, находящимся на расстоянии r друг от друга, приводят к возникновению на каждом отрезке проводников длиной Δl силы взаимодействия
где k m - коэффициент пропорциональности, k m = 2 10 -7 Н/А 2
Единица силы тока - ампер (1 А) Сила постоянного тока равна 1 А, если ток, протекая по двум параллельным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызывает на отрезке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2 10 -7 Н
Индукция магнитного поля убывает при увеличении расстояния до проводника с током Взаимодействие проводников с током является следствием магнитного взаимодействия движущихся зарядов в проводниках Под действием магнитной силы движущиеся параллельно в противоположных направлениях разноименные заряды притягиваются, а одноименные - отталкиваются
Индуктивность контура (или коэффициент самоиндукции) - физическая величина, равная коэффициенту пропорциональности между магнитным потоком через площадь, ограниченную контуром проводника, и силой тока в контуре. Единица индуктивности - генри (1 Гн)
Энергия магнитного поля, созданного при протекании силы тока I по проводнику с индуктивностью L, равна
Магнитная проницаемость среды - физическая величина, показывающая во сколько раз индукция магнитного поля в однородной среде отличается от магнитной индукции внешнего (намагничивающего) поля в вакууме.
Диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики
- основные классы веществ с резко отличающимися магнитными свойствами
Диамагнетик- вещество, в котором внешнее магнитное поле незначительно ослабляется(μ <= 1)
Парамагнетик- вещество, в котором внешнее магнитное поле незначительно усиливается(μ >= 1)
Ферромагнетик - вещество, в котором внешнее магнитное поле значительно усиливается (μ >> 1)
Кривая намагничивания - зависимость собственной магнитной индукции от индукции внешнего магнитного поля
Коэрцитивная сила - магнитная индукция внешнего поля, необходимая для размагничивания образца
Магнито-жесткие ферромагнетики - ферромагнетики с большой остаточной намагниченностью Магнито-мягкие ферромагнетики - ферромагнетики с малой остаточной намагниченностью Петля гистерезиса - замкнутая кривая намагничивания и размагничивания ферромагнетика Температура Кюри - критическая температура, выше которой происходит переход вещества из ферромагнитного состояния в парамагнитное
