Физика - далеко не самый лёгкий предмет, тем более для тех, у кого проблемы с Ведь не секрет, что не все ладят со знаковыми системами, есть люди, которым нужно потрогать или, как минимум, увидеть то, что они изучают. К счастью, помимо формул и скучных книжек, есть и наглядные способы. Например, в данной статье рассмотрим, как определить направление электромагнитной силы с помощью руки, используя известное правило левой руки.
Данное правило немного облегчает если не понимание законов, то хотя бы решение задач. Правда, применить его сможет только тот, кто хоть немного разбирается в физике и её терминах. Во многих учебниках присутствует изображение, весьма доходчиво объясняющее, как применять при решении задач правило левой руки. Физика, впрочем, явно не та наука, где вам часто придётся прикладывать руку к наглядным моделям, поэтому развивайте воображение.
Для начала нужно узнать направление движения тока в той части схемы, где вы собираетесь применить правило левой руки. Помните, что ошибка в определении направления покажет вам прямо противоположное направление электромагнитной силы, что автоматически сведёт на нет все ваши дальнейшие усилия и расчёты. Как только определите направление тока - расположите левую ладонь так, чтобы указывали данный курс.
Далее необходимо найти направление вектора Если у вас возникнут с этим проблемы, стоит освежить свои знания с помощью учебников. Когда найдёте искомый вектор, поверните ладонь так, чтобы данный вектор входил в открытую ладонь всё той же левой руки. Вся сложность применения правила левой руки заключается как раз в том, сможете ли вы правильно применить свои знания для нахождения постоянных векторов.
Когда вы уверены, что ваша ладонь расположена должным образом, оттяните так, чтобы его положение стало перпендикулярным направлению тока (куда указывают остальные пальцы пуки). Помните, что палец - далеко не самый точный показатель в физике, и в данном случае показывает лишь примерное направление. Если вас интересует точность, то после того, как примените правило левой руки, с помощью транспортира доведите угол между направлением тока и направлением, указанным большим пальцем, до 90 градусов.
Следует запомнить, что рассматриваемое правило не подходит для точных расчетов - оно может служить лишь для быстрого определения направления электромагнитной силы. Кроме того, его использование требует дополнительных условий задачи, и потому не всегда применимо на практике.
Естественно, не всегда можно приложить руку к изучаемому объекту, т. к. иной раз его вовсе не существует (в теоретических задачах). В данном случае помимо воображения следует применять и другие способы. Например, можно нарисовать на бумаге схему и применить правило левой руки к рисунку. Саму руку можно также схематически изобразить на рисунке для большей наглядности. Главное, не запутаться иначе можно наделать ошибок. Поэтому не забывайте помечать все линии подписями - самим же потом будет легче разобраться.
Из экспериментальных занятий по физике можно заключить, что магнитное поле оказывает воздействие на заряженные частицы, находящиеся в движении, а, следовательно, и на проводники с током. Сила воздействия магнитного поля на проводник с током, называется силой Ампера, а ее векторное направление устанавливает правило левой руки.
Сила Ампера находится в прямо пропорциональной зависимости от индукции магнитного поля, силы тока в проводнике, длины проводника и угла расположения вектора магнитного поля по отношению к проводнику. Математическое написание этой зависимости получило название закон Ампера:
F А =B*I*l*sinα
Исходя из этой формулы, можно сделать вывод о том, что при α=0° (параллельное положение проводника) сила F А будет равняться нулю, а при α=90° (перпендикулярное направление проводника) она будет максимальной.
Свойства силы, действующей на проводник с электрическим током в магнитном поле, были подробно описаны в трудах А. Ампера.
Если сила Ампера действует на весь проводник с проходящим током (поток заряженных частиц), то отдельная движущаяся положительно заряженная частица находится под влиянием силы Лоренца. Выразить силу Лоренца можно через F А, разделив эту величину на количество движущихся зарядов внутри проводника (концентрацию носителей заряда).
В магнитном поле под влиянием силы Лоренца заряд движется по окружности, при условии, что направление его движения перпендикулярно линиям индукции.
Сила Лоренца рассчитывается по следующей формуле:
F Л =q*v*B*sinα
Проведя серию физических экспериментов с использованием магнитных полюсов, как источника однородного магнитного поля. и рамки с током, можно наблюдать изменение поведения рамки (выталкивается или втягивается в зону распространения магнитного поля) при изменении не только направления заряженных частиц, но и при смене ориентации полюсов. Таким образом, вектор магнитной индукции, вектор скорости заряженных частиц (направление тока) и вектор силы находятся в тесном взаимодействии и ориентированны взаимно перпендикулярно.
Для определения направления работы сил Лоренца и Ампера следует пользоваться правилом левой руки: «Если ладонь левой руки развернуть таким образом, чтобы в нее под прямым углом входили линии магнитного поля, а вытянутые пальцы располагались по направлению электрического тока (направление движения частиц с положительным зарядом), то направление действия силы укажет перпендикулярно отодвинутый большой палец».
Такая упрощенная формулировка позволяет быстро и безошибочно определить направление любого неизвестного вектора: силы, тока или линий индукции магнитного поля.
Правило левой руки применимо в случаях, когда:
- определяется направление действия силы на положительно заряженные частицы (для отрицательно заряженных частиц направление будет противоположным);
- линии индукции магнитного поля и вектор скорости заряженных частиц образуют угол отличный от нуля (в противном случае сила не будет действовать на проводник).
В однородном магнитном поле рамка с током располагается так, что линии магнитного поля проходят через ее плоскость под прямым углом.
Если магнитное поле образуется вокруг линейного проводника с током, то оно считается неоднородным (переменным во времени и пространстве). В таком поле рамка с током будет не просто ориентироваться как-то определенно, но и притягиваться к проводнику с током или выталкиваться за пределы распространения магнитного поля. Поведение рамки определяется направлением токов в проводнике и рамке. Рамка с током всегда поворачивается вдоль радиуса линий индукции неоднородного магнитного поля.
Если рассмотреть два проводника с токами, движущимися в одном направлении, то с использованием правила левой руки можно установить, что сила, действующая на правый проводник, будет направлена влево, тогда как сила, действующая на левый проводник - вправо. Следовательно, получается что силы, воздействующие на проводники, направлены друг к другу. Именно этим заключением объясняется притягиванием проводников с однонаправленными токами.
Если же ток в двух параллельных проводниках будет идти в противоположных направлениях, то действующие силы будут направлены в разные стороны. Это приведет к отталкиванию двух проводников.
На рамку с током, помещенную в неоднородное магнитное поле, оказывают действие силы разных направлений, заставляющие ее вращаться. На этом явлении и основан принцип действия электродвигателя.
Применение правила левой руки имеет большое практическое значение и является следствием многократных экспериментов, открывающих природу магнитного поля.
Видео про правило левой руки
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.
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.
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 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.
Испытания позволяют озвучить главные выводы:
- Постоянный магнит, проводник с «переменкой», электрически заряженная движущаяся частица имеют вокруг себя ЭМ область;
- Заряженная частица, движущаяся в этой области, поддается некоторому воздействию со стороны ЭМ фона;
- 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=IBΔlsinα, где:
- 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.
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
Магнитное поле и его графическое изображениеПравило буравчика
Направление линий
магнитного поля тока связано с
направлением тока в проводнике.
Правило буравчика
если направление
поступательного движения
буравчика совпадает с
направлением тока в
проводнике, то направление
вращения ручки буравчика
совпадает с направлением
линий магнитного поля тока.
С помощью правила буравчика
по направлению тока можно
определить направлений линий
магнитного поля, создаваемого этим
током, а по направлению линий
магнитного поля –
направление тока, создающего
это поле.
Неоднородное и однородное магнитное поле
Проводник с током расположен1.Направление электрического тока от нас
(в плоскость листа)
Линии магнитного
поля будут
направлены по
часовой стрелке
Правило буравчика
Проводник с током расположенперпендикулярно плоскости листа:
2.Направление электрического тока на нас
(из плоскости листа)
Линии магнитного
поля будут
направлены против
часовой стрелки
Проводник с током расположен перпендикулярно плоскости листа: 1.Направление электрического тока от нас (в плоскость листа) Согласно прав
Правило правой рукиДля определения
направления линий магнитного
поля соленоида удобнее
пользоваться другим правилом,
которое иногда называют
правилом правой руки.
если обхватить соленоид
ладонью правой руки,
направив четыре пальца по
направлению тока в витках,
то отставленный большой
палец покажет направление
линий магнитного поля
внутри соленоида.
Проводник с током расположен перпендикулярно плоскости листа: 2.Направление электрического тока на нас (из плоскости листа) Согласно пра
Соленоид, как и магнит, имеет полюсы:тот конец соленоида, из которого магнитные линии
выходят, называется северным полюсом, а тот, в
который входят - южным.
Зная направления тока в соленоиде, по
правилу правой руки можно определить
направление магнитных линий внутри него, а
значит, и его магнитные полюсы и наоборот.
Правило правой руки можно применять и для
определения направления линий магнитного поля
в центре одиночного витка
с током.
Правило правой руки
дляпроводника с током
Если правую руку
расположить так,
чтобы большой палец
был направлен по
току, то остальные
четыре пальца
покажут направление
линии магнитной
индукции1. Магнитное поле создается…
2.Что показывает картина магнитных линий?
3.Дайте характеристику однородного магнитного поля.
Выполнить чертеж.
4. Дайте характеристику неоднородного магнитного
поля. Выполнить чертеж.
5.Изобразите однородное магнитное поле в
зависимости от направления магнитных линий.
Поясните.
6. Объясните принцип действия правила буравчика.
7.Укажите два случая зависимости направления
магнитных линий от направления электрического тока.
8. Каким правилом следует воспользоваться для
определения направления магнитных линий
соленоида. В чем оно заключается?
9. Как определить полюсы соленоида?
Правило правой руки для проводника с током
Обнаружение магнитного поляпо его действию на
электрический ток.
Правило левой руки.
1. Магнитное поле создается… 2.Что показывает картина магнитных линий? 3.Дайте характеристику однородного магнитного поля. Выполнить черте
На всякий проводник с током,помещенный в магнитное поле и
не совпадающий c его
магнитными линиями, это поле
действует с некоторой силой.
Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило левой руки.
Выводы:Магнитное поле создаётся электрическим
током и обнаруживается по его действию
на электрический ток.
Направление тока в проводнике,
направление линий магнитного поля и
направление силы, действующей на
проводник, связаны между собой.
На всякий проводник с током, помещенный в магнитное поле и не совпадающий c его магнитными линиями, это поле действует с некоторой силой.
Правило левой рукиНаправление силы,
действующей на проводник с
током в магнитном поле, можно
определить, пользуясь
правилом левой руки.
Если левую руку расположить
так, чтобы линии магнитного
поля входили в ладонь
перпендикулярно к ней, а четыре
пальца были направлены по
току. То отставленный на 900
большой палец покажет
направление действующей
на проводник силы.
Выводы:
За направление тока во внешнейцепи принято направление от «+»
к «–», т.е. против направления
движения электронов в цепи
Правило левой руки
Определение силы АмпераЕсли левую руку расположить
так, чтобы вектор магнитной
индукции входил в ладонь, а
вытянутые пальцы были
направлены вдоль тока, то
отведенный большой палец
укажет направление действия
силы Ампера на проводник с
током.
За направление тока во внешней цепи принято направление от «+» к «–», т.е. против направления движения электронов в цепи
Правило левой руки можно применятьдля определения направления силы, с
которой магнитное поле действует на
отдельно взятые движущиеся
заряженные частицы.
Определение силы Ампера
Сила, действующая на зарядЕсли левую руку
расположить так, чтобы линии
магнитного поля входили в
ладонь перпендикулярно к ней,
а четыре пальца были
направлены по движению
положительно заряженной
частицы (или против движения
отрицательно заряженной), то
отставленный на 900 большой
палец покажет направление
действующей на частицу силы
Лоренца.
Правило левой руки можно применять для определения направления силы, с которой магнитное поле действует на отдельно взятые движущиеся зар
Пользуясь правилом левой рукиможно определить направление
тока, направление магнитных
линий, знак заряда движущейся
частицы.
Сила, действующая на заряд
Случай когда сила действиямагнитного поля на проводник с
током или движущуюся
заряженную частицу F=0
Пользуясь правилом левой руки можно определить направление тока, направление магнитных линий, знак заряда движущейся частицы.
Реши задачу:Случай когда сила действия магнитного поля на проводник с током или движущуюся заряженную частицу F=0
Реши задачу:
Отрицательно заряженная частица,движущаяся со скоростью v в магнитном
поле. Сделайте такой же рисунок в
тетради и укажите стрелочкой
направление силы, с которой поле
действует на частицу.
Магнитное поле действует с силой F на
частицу, движущуюся со скоростью v.
Определите знак заряда частицы.
Загрузка...