Правило левой и правой руки для магнитного поля
Принцип правила правой и левой руки для векторных величин
В физике существуют известные правила для векторного расчета, которые часто используется, при решении задач. Их принято называть следующими терминами:
- основное правило правой руки;
- правило левой руки;
- правило буравчика.
Иными словами, они называются, мнемоническими правилами или законами. Данному определению соответствует специальные приемы и способы, которые значительно упрощают процесс изучения и запоминания нужной информации. Которые позволяют образовывать определенные ассоциации. Они проводят специальные параллели между определенными абстрактными объектами. Которые имеют визуальные и кинестетические представления.
Основоположником в физике вышесказанного мнемонического правила является ученый П. Буравчик.
Правило Буравчика, предоставляет возможность определить векторное направление, которое получается в результате произведения нескольких векторов.
Применение правила буравчика и левой руки в физике
Представим, что на поле под действием силы, можно повесить на довольно тонком и простом проводе рамку, которая проводит силу тока. Она будет вращаться и будет располагаться определенным образом. Аналогичным образом будет движение магнитной стрелки. Этот процесс напрямую характеризует о векторном свойстве физической величины, которая является определяющей магнитного поля. Поэтому, направление вектора, будет напрямую зависеть от направления силы тока в рамке и расположения магнитной стрелки.
Следовательно, магнитная индукция — это величина или показатель, который показывает основные характеристика магнитного поля.
Этот показатель, является одним из главных параметров, который характеризует, в каком именно состоянии может находится, непосредственно в данный момент, магнитное поле. Следовательно, нужно обязательно уметь определять его величину и направление.
Векторное направление индукционной магнитной силы, возможно вычислить, применяя следующие основные законы и правила:
- Правила, которое принято называть, правилом правого винта;
- Правило правой руки.
Перечисленные способы, изобразим и рассмотрим на рисунке.
Рассмотрев рисунок приходим к выводу: что направление силовой магнитной индукции, в характерном месте, принято считать, как направление, по которому лежит перпендикуляр (\[\underline\]).
Положительная нормаль (n) будет направлена таким же образом, как перемещение поступательного правого винта.
Существуют способы выяснить, какое направление будет для векторной магнитной индукции, в определенной точке на рассматриваемом поле. Для этого нужно предоставить возможность рамке преобразоваться в
положение равновесия. Затем на практике применить правило правого винта.
Рассмотрим правило правой руки. Для этого необходимо произвести и запомнить несколько простых действий. Которые всегда будут помогать при решении задач. А именно:
сжать правую руку в не сильно плотный кулак.
отогнуть большой палец руки под прямым углом, который равен 90°.
рука должна размещаться, таким образом, чтобы большой палец указывал основное направление силы тока;
согнутые четыре пальца, будут указывать направление линий поля магнитной индукции, создающие ток.
Сторону куда будет направлен ток, указывает касательная линия в каждой точке поля применительно к силовой линии.
Рассмотрим соленоид (разновидность катушки индукции).
Для этого обхватим правой ладонью соленоид. Таким образом, чтобы четыре пальца совпадали непосредственно с направлением тока в нем. Следовательно, отогнутый палец, который расположен под прямым углом, будет указывать, как непосредственно направлено магнитное поле. Которое создается у него внутри.
Из разделов физики известно, что если в магнитном поле наблюдается перемещение с места на место проводников, то в этом случае будет возникать индукционный ток.
Стоит отметить, что правило правой руки можно применять, для определения и вычисления направления течения индукционного тока, в данных проводниках.
Также нужно запомнить, что индукционные линии магнитного поля, обязательно должны входить в открытую ладонь, которая входит в правую руку. Палец руки нужно отогнуть под прямым углом на девяносто градусов. Далее направить ее по направлению скорости перемещения проводника. Четыре пальца, которые вытянуты, указывают как будет направлен индукционный ток.
Данным правилом можно пользоваться при вычислении электродвижущей индукционной силы в определенном контуре.
Выполнить нужно несколько действий:
- нужно охватить контур, четырьмя согнутыми пальцами, где электродвижущая сила, при применении магнитного потока;
- большой палец руки отогнуть и направить по направлению потока или против его направления.
Нет времени решать самому?
Правило левой руки для силы Ампера
Из курса физики известно, что на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера. Для определения направления этой силы используется специальное правило, называемое правилом левой руки. Поговорим кратко об этом правиле.
Сила и закон Ампера
На заряд, движущийся в магнитном поле, действует со стороны этого поля сила, называемая силой Лоренца.
Если в магнитное поле помещен проводник с током, то силы Лоренца, действующие на движущиеся носители заряда в этом проводнике, складываются в силу, называемую силой Ампера.
Модуль силы Ампера рассчитывается по закону Ампера:
$$F= I |\overrightarrow B| Δl sin \alpha,$$
- $F$ — модуль силы Ампера;
- $I$ — величина тока в проводнике;
- $B$ — индукция магнитного поля;
- $Δl$ — длина проводника;
- $\alpha$ — угол между линиями магнитного поля и направлением тока в проводнике.
Направление силы Ампера
Обычно действие сил совпадает с направлением движения тел или с направлением на источник силы. В случае с силой Ампера ситуация иная.
Направление действия силы Ампера не совпадает ни с направлением движения тока, ни с направлением вектора магнитной индукции. Сила Ампера направлена перпендикулярно обоим этим направлениям. То есть, если линии магнитного поля направлены по вертикали, а проводник расположен горизонтально слева направо, то сила Ампера будет направлена вдоль линии «вперед-назад». Причем ее направление также будет зависеть от направлений магнитной индукции и электрического тока в проводнике. «Просто запомнить» все направления невозможно. Поэтому для силы Ампера установили специальное мнемоническое правило левой руки.
Правило левой руки
Формулировка правила левой руки для силы ампера звучит так:
Если расположить левую руку так, чтобы четыре пальца были направлены по направлению движения тока в проводнике, а перпендикулярная составляющая индукции $B_<\perp>$ входила в ладонь, то отставленный большой палец покажет направление силы Ампера.
Как пользоваться этим правилом? Разберем примеры.
- Допустим, проводник расположен горизонтально, и ток по нему идет вперед. Следовательно, четыре пальца левой руки надо вытянуть вперед по этому направлению.
- Теперь допустим, что линии магнитного поля направлены сверху вниз (сверху «север» подковообразного магнита, снизу — «юг»). Следовательно, левую руку надо повернуть ладонью вверх, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь и «прокалывали» ее (четыре пальца по-прежнему должны быть вытянуты вперед).
- Отставленный большой палец левой руки будет направлен влево. Это и есть направление силы Ампера для данной ситуации.
Другой пример.
- Пусть проводник расположен вертикально. А магнитное поле направлено справа налево (справа «север» магнита, слева — «юг»).
- Располагаем левую руку четырьмя пальцами вверх. Ладонь открытой стороной должна «смотреть вправо», чтобы магнитные линии входили и «прокалывали» ее.
- Отставленный большой палец покажет назад. Именно так и будет направлена сила Ампера в данном случае.
Обратите внимание, что силу Ампера порождает только перпендикулярная составляющая магнитного поля. А значит, руку надо располагать так, чтобы линии магнитного поля всегда входили в нее под углом, максимально близким к прямому.
Особым случаем является ситуация, когда направление тока и магнитной индукции совпадает. В этом случае руку невозможно расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в нее. Следовательно, силы Ампера здесь не возникнет. В самом деле, если линии магнитной индукции параллельны направлению тока, то перпендикулярная составляющая этих линий равна нулю, и значение силы Ампера в вышеприведенной формуле также равно нулю.
Что мы узнали?
Для определения направления силы Ампера используется специальное мнемоническое правило левой руки. С помощью этого правила можно не только определить направление силы Ампера, но и обнаружить случай, когда сила Ампера равна нулю.
Сила Ампера, ее направление и величина. Правило левой руки
Мы уже знаем о взаимодействии магнитных полей, аналогично взаимодействию электрических. Из опыта Эрстеда известно, что движущиеся заряды создают вокруг себя магнитное поле. Таким образом, проводник с током также создает вокруг себя магнитное поле. Следовательно, если мы поместим такой проводник во внешнее магнитное поле, эти поля будут взаимодействовать. Как именно? Давайте узнаем!
2. Сила Ампера и ее формула.
Это взаимодействие можно описать при помощи силы Ампера. И вот ее удивительная формула:
Легко запомнить ее, представив себе фразу: «АМПЕР БИЛ СЫНА».
Теперь разберем каждый элемент этой формулы:
- B [Тл] – вектор магнитной индукции.
- I [А] – сила тока.
- l [м] – длина проводника.
- α – угол между магнитным полем и проводником.
3. Направление силы Ампера.
Да, мы выяснили, как определить модуль силы Ампера. Осталось понять, как определить ее направление. И тут нам на помощь приходит правило левой руки:
- Линии магнитного поля входят в ладонь.
- Четыре пальца указывают направление тока.
- Отогнутый большой палец на 90° показывает направление силы Ампера
4. Пример задачи на силу Ампера:
В лаборатории экспериментируют с проводником длиной 0,2 м, пропуская через него электрический ток силой 10 А. Этот проводник находится в горизонтальном магнитном поле с индукцией 0,5 Тл. Угол между направлением тока в проводнике и направлением магнитного поля составляет 90 градусов. Найдите модуль и направление силы Ампера, действующей на проводник.
Решение:
Ответ: 1 Н.
III. Основы электродинамики
Проводник с током является источником магнитного поля. А если в магнитное поле поместить сам проводник с током? То возникнет взаимодействие магнитной природы.
Если проводник с током поместить во внешнее магнитное поле, то оно будет воздействовать на проводник с силой Ампера.
Направление силы Ампера
Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки:
1) Вектор индукции «входит» в ладонь; 2) четыре пальца сонаправлены с током; 3) большой палец указывает направление силы Ампера.
Взаимодействие двух проводников с током
Проводник с током создает вокруг себя магнитное поле, в это поле помещается второй проводник с током, а значит на него будет действовать сила Ампера. Направление силы Ампера зависит от направления линий индукции магнитного поля, которое в свою очередь зависит от направления тока в проводнике.