1. Направление тока и направление линий его магнитного поля
Магнитное поле представляет собой особую форму материи, которая существует вокруг движущихся электрических зарядов, или электрических токов. Если внести магнитную стрелку в магнитное поле, то мы увидим, что она будет ориентироваться в нём.
В магнитном поле вокруг проводника с током магнитные стрелки и мелкие железные опилки расположатся по концентрическим окружностям вдоль линий магнитного поля. При этом если направление тока в проводнике изменить на противоположное, то все стрелки повернутся на \(180°\).
Рис. \(1\). Действие магнитного поля проводника с током на магнитную стрелку
Направление магнитных линий всегда связано с направлением тока в проводнике.
Эта связь может быть выражена правилом буравчика (или правилом правого винта).
Для определения направления магнитных линий прямого проводника с током правый буравчик надо ввинчивать по направлению тока, тогда направление вращения ручки буравчика покажет направление магнитных линий.
Рис. \(2\). Правило буравчика
С помощью правила буравчика (правого винта) по направлению тока можно определить направление линий магнитного поля, а по направлению линий магнитного поля — направление тока.
Рис. \(3\). Направление тока и направление линий его магнитного поля
Для определения направления линий магнитного поля соленоида применяют правило правой руки.
Рис. \(4\). Правило правой руки
Если направления четырёх пальцев правой руки совпадают с направлением тока в витках соленоида, то направление большого пальца совпадает с направлением линий магнитной индукции внутри соленоида.
Соленоид подобен магниту, когда по нему протекает электрический ток. Так же, как и магнит, соленоид имеет полюсы: северный и южный. Северным полюсом является тот конец соленоида, из которого выходят магнитные линии. В данном случае северным полюсом является левый конец. Значит, правый конец будет южным полюсом.
Таким образом, используя правило правой руки, можно определить магнитные полюсы соленоида, если известно направление тока в его витках. И наоборот, если известны полюсы, то можно определить направление тока.
Правило правой и левой руки в физике
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.
Примечание
Магнитное поле было принято обозначать специальными магнитными линиями (или линиями магнитной индукции): чем «гуще» линии, тем больше значение действующей силы магнитного поля.
Примечание
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.
Примечание
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 (винта\правой 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
Определение
Если направление движения буравчика совпадает с направлением тока внутри проводника, то ручка буравчика показывает направление вектора магнитной индукции.
Примечание
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).
Примечание
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
Определение
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
Определение
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.
\(F_A=B\times J\times L\sin\left(\alpha\right)\)
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
\(F_A=B\times J\times L\sin\left(\alpha\right)\)
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.
Решение
Правило буравчика, правила правой и левой руки в электродинамике
В разделах физики, изучающих магнитостатику и электродинамику, существует несколько простых мнемонических правил, призванных облегчить порядок определения направлений некоторых векторов в условиях, когда направление одного вектора зависит от ориентации другого. Речь о таких векторных величинах, как магнитная индукция, направление индукционного тока, сила Лоренца и сила Ампера.
Изначально необходимо понимать, что под словом «буравчик» имеется ввиду не обязательно штопор, но винт со стандартной правой резьбой, то есть с такой резьбой, что буравчик нужно ввинчивать вращая его по часовой стрелке, (правое вращение) тогда его острие станет двигаться, по мере ввинчивания, вперед относительно плоскости вращения рукоятки (если наблюдать за происходящим со стороны рукоятки, а не со стороны острия).
Чтобы уяснить для себя практическую суть правила буравчика, сначала рассмотрим общую его применимость для векторного произведения: изобразим перемножаемые векторы так, чтобы они начинались в одной точке, после этого будем вращать первый умножаемый вектор (x) кратчайшим путем ко второму вектору (y), на который умножаем.
Тогда, если подобным образом поворачивать рукоятку буравчика, он станет ввинчиваться как раз по вектору-произведению (z). Данное мнемоническое правило удобно для определения направления вектора B магнитной индукции поля, источником которого выступает ток I.
Вектор магнитной индукции. Каноническое правило буравчика
Будем вращать рукоятку буравчика так, чтобы направление его поступательного движения совпадало с направлением тока в проводнике, тогда направление вращения рукоятки совпадет с направлением вектора магнитной индукции поля, порождаемого данным током.
Применение правила буравчика для проводника с током
Некоторым удобно использовать правило буравчика в форме правила правой руки.
В первом варианте данного правила предлагается заменить направление вращения ручки буравчика на обхват кулаком правой руки так, чтобы направление четырех пальцев было ориентировано от первого умножаемого вектора ко второму вектору сомножителю. В этом случае отогнутый большой палец будет символизировать направление вектора-произведения.
Данное правило удобно для нахождения направления вектора магнитной индукции B поля, создаваемого током I, а также поля, создаваемого катушкой с током. Кроме того, данное правило применимо для определения направления ЭДС индукции в контуре.
Если правой рукой так зажать проводник в кулак, чтобы отогнутый большой палец указывал направление тока в этом проводнике, то согнутые пальцы укажут направление векторов магнитной индукции поля, данным током порождаемого. Их направление — везде будет по касательной к линиям магнитной индукции, огибающим проводник.
Для катушки с током
Если обхватить катушку правой ладонью так, чтобы четыре пальца указывали направление тока в витках, то большой палец покажет направление вектора магнитной индукции поля внутри катушки.
Для пронизываемого изменяющимся магнитным потоком контура (ЭДС индукции)
Если указать отогнутым большим пальцем правой руки направление внешнего магнитного потока через контур, если он растет, и противоположное направление, если он убывает, то согнутые пальцы, охватывающие контур, покажут направление, противоположное направлению ЭДС, индуцируемой в этом контуре.
Правило правой руки — три пальца
Во втором варианте правила правой руки предлагается отогнуть большой, указательный и средний пальцы так, чтобы они оказались взаимно перпендикулярны. В этом случае большой палец будет символизировать своим направлением первый вектор-сомножитель, указательный палец — второй вектор-сомножитель, средний палец — вектор-произведение.
Данная конфигурация пальцев помогает определить направление F — силы Ампера и силы Лоренца, действующей на проводник с током I, помещенный в магнитное поле B, либо на движущийся в данном поле положительный заряд.
Правило правой руки — прямая ладонь
Еще есть третий вариант правила правой руки, где используется распрямленная ладонь и отогнутый в сторону большой палец. Помогает определить направление индукционного тока I в проводнике, который движется в магнитном поле B под действием внешней силы F.
Расположим ладонь правой руки так, чтобы силовые линии магнитного поля входили в нее, а отогнутый большой палец был направлен в сторону движения проводника. Тогда четыре вытянутых пальца укажут направление индукционного тока в проводнике.
Правило левой руки — прямая ладонь
Существует аналогичный вариант правила левой руки — для определения направления F — силы Ампера и силы Лоренца, действующей на проводник с током I, помещенный в магнитное поле B.
Расположим ладонь левой руки так, чтобы в нее входили линии индукции магнитного поля, при этом четыре вытянутые пальца направим по току, (по направлению движения положительно заряженной частицы либо против движения отрицательно заряженной частицы) тогда отогнутый большой палец покажет направление силы Ампера или силы Лоренца.
- Грозозащита воздушных линий электропередачи напряжением до 1000 В
- Последовательное, параллельное и смешанное возбуждение в двигателях постоянного тока
- Трехфазный асинхронный двигатель: все самое главное, что нужно знать
Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » В помощь начинающим электрикам
Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика
Поделитесь этой статьей с друзьями:
Правило левой и правой руки для магнитного поля
Это, так называемые, мнемонические правила. Мнемоническими называют специальные приемы и способы, которые упрощают процесс запоминания необходимой информации, позволяя образовывать ассоциации, проводя параллели между абстрактными объектами (фактами) и объектами, имеющими визуальные, аудиальные или кинетические представления.
Одним из первых в физике мнемоническое правило предложил П. Буравчик. Его правило дает возможность найти направление вектора, получающегося в результате векторного произведения.
Использование правила правой руки в электродинамике
Если в магнитном поле подвесить на тонком и гибком проводе рамку с током, то она будет поворачиваться и расположится определенным образом. Аналогично поведение магнитной стрелки. Это свидетельствует о векторном характере физической величины, характеризующей магнитное поле. При этом направление этого вектора будет связано с ориентацией рамки и стрелки. Физической векторной величиной, которая характеризует магнитное поле, стал вектор магнитной индукции ($\vec$).
Получи помощь с рефератом от ИИ-шки
ИИ ответит за 2 минуты
Это один из главных параметров, описывающих состояние магнитного поля, поэтому необходимо уметь находить его величину и, конечно, направление.
Для определения направления вектора магнитной индукции используют:
- правило правого винта или
- правило правой руки.
Направлением вектора магнитной индукции, в месте локализации рамки с током, считают направление положительного перпендикуляра ($\vec$) к этой рамке. Положительная нормаль ($\vec$) будет иметь направление такое же, как направление поступательного перемещения правого винта, если его головку вращать по току в рамке (рис.1 (a)).
Рисунок 1. Определение направления вектора магнитной индукции. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Так, обладая пробной рамкой с током, помещая ее в исследуемое поле, давая ей свободно вращаться в нем, можно определить, как направлен вектор магнитной индукции в каждой точке поля. Необходимо только дать рамке прийти в положение равновесия, затем использовать правило правого винта.
Начинай год правильно ��
Выигрывай призы на сумму 400 000 ₽
Теперь обратимся к правилу правой руки. Сожмем правую руку в неплотный кулак (рис.2). Отогнем большой палец на 90°. Руку разместим так, чтобы большой палец указывал направление течения тока, тогда согнутые остальные четыре пальца укажут направление линий магнитной индукции поля, которое создает ток. А мы помним, что касательная в каждой точке поля к силовой линии (линии магнитной индукции) указывает направление $\vec$.
Рисунок 2. Правило правой руки. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Рассмотрим соленоид. Обхватим правой ладонью его так, чтобы четыре пальца совпали с направлением тока в нем, тогда отогнутый на девяносто градусов палец укажет, как направлено магнитное поле, создаваемое у него внутри.
Нам известно, что если в магнитном поле перемещать проводник, то в этом проводнике будет возникать ток индукции. Правило правой руки можно использовать для определения направления течения тока индукции в таких проводниках. При этом:
- линии индукции магнитного поля должны входить в открытую ладонь правой руки,
- палец этой руки отогнуть на девяносто градусов, и направить по скорости перемещения проводника,
- вытянутые четыре пальца будут указывать, как направлен ток индукции.
Правилом правой руки можно воспользоваться при определении направления ЭДС индукции в контуре:
Согнутыми четырьмя пальцами правой руки охватить контур, в котором индуцируется ЭДС при изменении магнитного потока, отогнуть на девяносто градусов большой палец этой руки и направить его по направлению магнитного потока при его увеличении (или против направления магнитного потока при его уменьшении), тогда согнутые пальцы укажут на направление противоположное ЭДС.
Правило левой руки для определения направления силы Ампера
Любой проводник с током в магнитном поле подвергается действию магнитной силы. Данная сила называется силой Ампера. На элементарный проводник ($dl$) с током ($I$), помещенный в магнитное поле с индукцией $\vec$ действует сила Ампера, равная:
В правой части выражения (1) мы видим векторное произведение ($ d\vec\times \vec $), из этого следует, что сила Ампера направлена перпендикулярно плоскости в которой лежат векторы $\vec$ и $\vec$. При этом конкретное направление силы Ампера можно найти, используя правило левой руки:
Раскрытую ладонь левой руки располагают так, чтобы:
- четыре пальца ладони указывали направление течения тока;
- линии магнитной индукции входили в ладонь,
тогда, отогнутый под прямым углом большой палец данной руки, укажет направление силы Ампера (рис.3).
Рисунок 3. Правило левой руки. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Правило левой руки часто применяют, когда необходимо выяснить в какую сторону отклоняется проводник, находящийся в магнитном поле.
Использование правила левой руки для нахождения направления силы Лоренца.
Правило левой руки применимо к силе Лоренца. Так как электрический ток создают перемещающиеся заряженные частицы, следовательно, на движущийся в магнитном поле заряд будет действовать сила.
Определение 1
Силой Лоренца, называют силу, действующую на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, равную:
$\vec_=q\left( \vec\times \vec \right)\left( 2 \right)$.
где q – заряд частицы; $\vec$ – скорость движения частицы относительно магнитного поля; $\vec$ — магнитная индукция поля, в котором частица перемещается.
В определении (2) мы видим векторное произведение $\vec$ и $\vec$ , это означает, что сила Лоренца будет направлена перпендикулярно плоскости в которой находятся соответствующие векторы.
Для определения направления $\vec$ воспользуемся правилом левой руки, при этом расположим открытую ладонь левой руки так, что:
- четыре пальца этой руки укажут направление скорости движения частицы;
- вектор магнитной индукции будет входить в ладонь,
тогда отогнутый на девяносто градусов большой палец этой руки укажет нам направление силы Лоренца, движущейся в магнитном поле, если эта частица несет положительный заряд. Если частица является отрицательной, то большой палец укажет направление противоположное силе, действующей на частицу со стороны магнитного поля.