Что такое правило левой и правой руки в физике

Правила левой и правой руки позволяют определить физические процессы и найти направления магнитных линий, направления тока и другие физические величины.

Правило буравчика и правой руки

Первым, кто сформулировал правило буравчика, был физик Петр Буравчик. Это правило очень удобно, если нужно определить такую характеристику магнитного поля, как направленность напряженности.

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 — обхватитеисследуемый элемент правой рукой так, чтобы пальцы сжатого кулака указывали направление магнитных линий, втаком случае при поступательном движениипо направлению магнитных линий большой отогнутый на 90 градусов относительно ладони палец укажет направление тока.

Если в задаче описан движущийся проводник, то правило правой рукисформулируется 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.

Есть и вторая формулировка правила левой руки. Четыре пальца левой руки должны быть расположены в направлении движения положительно или отрицательно заряженных частиц электрического тока, линии индукции созданного магнитного поля должны перпендикулярно входить в ладонь. В таком случае направление силы Ампера или силы Лоренца укажет оттопыренный большой палец левой руки.

НАПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ПРИ ИЗВЕСТНЫХ ПОКАЗАТЕЛЯХ ПОЛЯРНОСТИ.

Содержание статьи

Правила буравчика и левой руки в физике: формулировка, принцип действия. Правило правой и левой руки в физике: применение в повседневной жизни.

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.

Правило правой руки (буравчика) легко понять, глядя на обычный штопор

Правило буравчика кратко и понятно

Схематичное изображение правила буравчика

В электротехнике ПБ показывает направление ЛМИ с привязкой к вектору электрического тока, проходящего в проводнике, и наоборот — определяет путь электротока в катушке во взаимосвязи с вектором ЛМИ.

Для экспериментального понимания нужно взять штопор или винт с правосторонней резьбой и сначала закручивать, а после откручивать. В первом случае это будет происходить по часовой стрелке и винт (штопор) будет двигаться вверх, а во втором случае вращение будет против часовой стрелки и винт (штопор) будет двигаться вниз. Соответственно этому и направление тока будет следовать поведению винта: вверх в первом случае и вниз во втором случае (показано стрелкой).

Объяснение названия

Большинство людей помнят упоминание об этом из курса физики, а именно раздела электродинамики. Так вышло неспроста, ведь эта мнемоника зачастую и приводится ученикам для упрощения понимания материала. В действительности правило буравчика применяют как в электричестве, для определения направления магнитного поля, так и в других разделах, например, для определения угловой скорости.

Под буравчиком подразумевается инструмент для сверления отверстий малого диаметра в мягких материалах, для современного человека привычнее будет привести для примера штопор.

Важно! Предполагается, что буравчик, винт или штопор имеет правую резьбу, то есть направление его вращения, при закручивании, по часовой стрелке, т.е. вправо.

На видео ниже предоставлена полная формулировка правила буравчика, посмотрите обязательно, чтобы понять всю суть:

Правило правой и левой руки в физике

Правило правой руки

Для визуального восприятия правила правой руки (ППР) надо зафиксировать эту руку в таком положении, чтобы силовые линии магнитного поля (ЛМП) оказались в ладони, а большой палец на уровне прямого угла был бы отогнут вверх, напоминая жест «всё отлично». Указанное большим пальцем направление будет аналогично направлению тока относительно МП. Другие 4 пальца кисти руки, укажут на сторону вращения линий индукции, создаваемого МП. Отсюда вывод — ППР определяет направление ЛМИ с направлением тока прямолинейного проводника.

Правило левой руки

Правило левой руки (ПЛР) обозначает направление силы, воздействующей на имеющийся в магнитном поле проводник с током. Если ладонь левой руки зафиксировать таким образом, чтобы кисть пронизывали ЛМИ, а 4 пальца вытянуть по курсу тока в проводнике, тогда откинутый под прямым углом большой палец, укажет направленность силы, действующей на плюсовой заряд.

Отмеченное правило справедливо при решении задач как по определению сил Лоренца, так и Ампера.

Правило левой руки для закона Ампера и силы Лоренца

Справка! На минусовой заряд сила со стороны МП влияет в обратном направлении.

Разветвление: Взаимодействие проводников с током в опытах Ампера

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 (Источник)

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.

Правило буравчика: формулировка и определение

Схема и обозначения для правила буравчика

Формулировка и определение ПБ известны всем, кто знаком со школьным курсом физики. Но главным в этом правиле является его понимание, которое заключается в следующем:

1. ПБ, не являясь законом физики, поясняет основополагающее свойство электромагнетизма.
2. ПБ показывает свойство электрического тока и действующих рядом с ним магнитных силовых полей.

Правило буравчика: формула

ПБ даёт возможность определить некоторые параметры в электродинамике без каких-либо проблем. Взаимосвязь физических величин была выявлена в XIX столетии законом Фарадея: E = – dФ/dt, где

• Е — ЭДС;
• Ф — создаваемый вектором индукции магнитный поток;
• t — временной интервал.

«Минус», стоящий в формуле после знака равенства, объясняется условием обратной направленности ЛМП току в проводнике. Для простого рассмотрения методики использования ПБ данные, по какому методу и какое соответствие должно быть для тока в проводнике, движущемся в МП, представлены в виде таблицы.

Метод определения	Соответствие
ППР
Направление движения Б	действующей на проводник силе
Направление сложенных пальцев	индукционному току

В нижеследующей таблице представлены метод и соответствие для левой руки.

Метод определения	Соответствие
ПЛР
Направление большого пальца	движению контрольного провода
Направление сложенных пальцев	току в контрольном проводе

Что связано с левой рукой

Не путайте буравчика и правило левой руки, оно нужно для определения действующей на проводник силы. Выпрямленная ладонь левой руки располагается вдоль проводника. Пальцы показывают в сторону протекания тока I. Через раскрытую ладонь проходят линии поля. Большой палец совпадает с вектором силы – в этом и заключается смысл правила левой руки. Эта сила называется силой Ампера.

Можно это правило применить к отдельной заряженной частице и определить направление 2-х сил:

Представьте, что положительно заряженная частица двигается в магнитном поле. Линии вектора магнитной индукции перпендикулярны направлению её движения. Нужно поставить раскрытую левую ладонь пальцами в сторону движения заряда, вектор B должен пронизывать ладонь, тогда большой палец укажет направление вектора Fа. Если частица отрицательная – пальцы смотрят против хода заряда.

Если какой-то момент вам был непонятен, на видео наглядно рассматривается, как пользоваться правилом левой руки:

Важно знать! Если у вас есть тело и на него действует сила, которая стремится его повернуть, вращайте винт в эту сторону, и вы определите, куда направлен момент силы. Если вести речь об угловой скорости, то здесь дело обстоит так: при вращении штопора в одном направлении с вращением тела, завинчиваться он будет в направлении угловой скорости.

Для чего применяют правило буравчика

Известно, что электроток — это направленное движение элементарных частиц, переносящих заряд электричества по имеющим электропроводимость проводникам.

Магнитные поля вокруг проводника

Если взять источник электродвижущей силы (ЭДС) с током, идущим по проводу замкнутой цепи, то есть от «плюса» к «минусу», то в окружении проводника происходят вращающиеся по определённому кругу, магнитные кругообороты, конфигурация которых имеет важное значение. Эти крутящиеся поля взаимодействуют друг с другом и могут притягивать или отталкивать проводники к себе и от себя. А зависит это от того, как и в какую сторону вращаются магнитные поля.

Характер такой взаимосвязи был сформулирован Ампером в виде закона, который стал основой для возникновения электромоторов. Без знания ПБ (правила буравчика) невозможно было бы изобрести электромотор. В этом заключается экспериментальное применение правила.

При расчёте катушек индукции характерным является использование ПБ, а именно с учётом стороны, в которую направлено завихрение, можно будет воздействовать на движущийся ток, в том числе создавать при необходимости противоток.

Как связано магнитное поле с буравчиком и руками

В задачах по физике, при изучении электрических величин, часто сталкиваются с необходимостью нахождения направления тока, по вектору магнитной индукции и наоборот. Также эти навыки потребуются и при решении сложных задач и расчетов, связанных магнитным полем систем.

Прежде чем приступить к рассмотрению правил, хочу напомнить, что ток протекает от точки с большим потенциалом к точке с меньшим. Можно сказать проще — ток протекает от плюса к минусу.

Правило буравчика имеет следующий смысл: при вкручивании острия буравчика вдоль направления тока – рукоятка будет вращаться по направлению вектора B (вектор линий магнитной индукции).

Правило правой руки работает так:

Поставьте большой палец так, словно вы показываете «класс!», затем поверните руку так, чтобы направление тока и пальца совпадали. Тогда оставшиеся четыре пальца совпадут с вектором магнитного поля.

Наглядный разбор правила правой руки:

Чтобы увидеть это более наглядно проведите эксперимент – рассыпьте металлическую стружку на бумаге, сделайте в листе отверстие и проденьте провод, после подачи на него тока вы увидите, что стружка сгруппируется в концентрические окружности.

Правило правой руки для магнитного поля

Правило правой руки для магнитного поля
Если в середину обмотки стремительно ввести и вывести постоянный магнит, то указатель амперметра в момент ввода отклонится в одну сторону, а вывода — в обратную.

Возникшие в таких случаях электротоки именуются индукционными. Причиной их появления является электродвижущая сила индукции (ЭДС). ЭДС в проводниках создаётся из-за действия изменяющихся МП, в которых расположены эти проводники.

Направление ЭДС индукции в проводнике по ППР можно высказать следующим образом: Если кисть правой руки установить ладонью к северному полюсу в том положении, чтобы отогнутый большой палец указывал в сторону движения проводника, то четыре пальца укажут на направление ЭДС индукции.

Левая и правая координатная система

Векторные прямоугольные показатели координат берутся для вычисления состояния различных отрезков. При этом ордината и абсцисса нацеленного луча соответствуют исходному положению точки и совпадает с окончательными характеристиками.

Если начальные и конечные координаты векторов не сочетаются, то делают следующее:

• перенос направленного отрезка так, что его начало совпадало с исходом координатной области;
• вычитание значений ординаты и абсциссы края отрезка из системных показателей начала луча вместо передвижения исходной точки.

В соответствии с правилом буравчика, нахождение отрезка на координатной плоскости соответствует векторной стереопроекции на основной стержень и позволяет использовать закономерность правой руки. Задачи измерения негласно оговаривается в каждом отдельном случае. Эти закономерности относятся к условным понятиям, но векторное сочетание выбирается с учетом одинакового масштаба декартовой плоскости по направлению любых осей.

При этом нужно следовать определенным закономерностям:

• применяется левый упорядоченный векторный набор, если использование правостороннего скопления невозможно;
• левый и правый векторные наборы являются конгруэнтными в зеркальном видении.

Правила применяются для вычисления пути векторного произведения и закономерностей построения лучей плюсового направления. Такой способ определения имеет смысл при прямом токовом проводнике. Принцип не работает в отношении класса катушек индукции, когда тоководитель представляет обмотки конструкции и не является прямолинейным.

Векторное произведение

Итог определяется по принципу буравчика и правой ладони, когда отрезки отображаются с совпадением истоков, а поворот первого луча проходит по краткому пути к следующему вектору. В этом случае винт проворачивается по пути следования основы итога перемножения векторов. В виде буравчика используется метиз с правой нарезкой спирали.

Если при расположении проводника в правой руке пальцы складываются на стержень, то они определяют путь спиралей, а большой палец показывает направление базисного произведения. Иногда лучи совпадают с истоками в определенной точке. В этом случае большой палец показывает курс первого отрезка (участника произведения), указательный располагается вдоль второго луча, а средний по закономерности буравчика определит направление итога от перемножения векторов.

Лучи и пространственные показатели

Векторное взаимодействие двух лучей в трехмерной области определяется участком луча, который находится в перпендикулярном положении к их начальным модулям. Длина векторного произведения высчитывается в виде площади прямоугольника или параллелограмма, расположенного между исходными отрезками. Курс лучей берется так, чтобы первые 3 результативных вектора были расположены справа. Если один из них имеет нулевой показатель, то итог перемножения стремится к нулевому результату.

Правило буравчика или закономерности левой и правой руки не относятся к обязательным нормативам эксплуатации электротехники. Иногда характеристики магнитного пространства определяются по формулам векторного отношения. Следует знать следующее:

1. Закон буравчика предполагает поворачивание шурупа и луча так, что первый вектор тяготеет к слиянию со вторым по кратчайшему пути: винт направленностью поворота покажет путь третьего правого базиса.
2. По принципу правой ладони при параллельном расположении участков по линиям большой палец располагается вдоль правого луча (X), указательный — лежит по курсу второго отрезка (Z). Средний палец укажет положение третьего вектора по оси (Y), а объединение векторов будет располагаться справа от центральной оси.

Для использования правила буравчика наблюдатель должен обладать небольшим воображением, чтобы мысленного провести повороты и правильно расположить пальцы рук.

Нахождение электродвижущей силы

ЭДС возникает при пересечении проводником электромагнитного поля или в случае трансформации свойств потенциального пространства. Сила измеряется скоростью изменения магнитного течения. Увеличение или уменьшение тока реформирует создаваемый поток, который взаимодействует с соседними проводниками.

Направление ЭДС индукции выявляется по правилу правой ладони. Кисть с проводником ставится так, чтобы в руку входили потенциальные линии, а отставленный палец определял направление провода. Распрямленные 4 пальца укажут путь прохождения тока в замкнутом контуре.

Если буравчик проворачивать по курсу пространственного завихрения в месте возникновения векторов, то его поступательное движение укажет путь вращения ротора двигателя. Это можно увидеть, если четыре пальца правой кисти сжать по направлению вихря. Отогнутый палец покажет искомый путь.

Правило правой руки для соленоида (катушки индуктивности)

Описанный принцип винта имеет отношение для случаев с прямолинейным проводником электротока. И всё же в электротехнике используются также агрегаты с проводниками, не имеющими прямолинейной формы, а закон винта в таких случаях не применяется. Это касается катушек индуктивности и соленоидов.

Соленоид, как вид катушки, представлен в виде обмотки провода в форме цилиндра с длиной, намного превышающей диаметр соленоида. Дроссель индуктивности разнится от соленоида лишь длиной самого проводника.

Правило правой руки для катушки индуктивности

Физик Ампер на основе своих изучений выяснил и подтвердил, что при прохождении электрического тока по дросселю индуктивности указатели компаса у краев провода обмотки цилиндрического типа поворачивались противоположными концами в направлении недоступных зрению потоков ЭМ поля. Эти опыты показали, что около дросселя индуктивности с током создаётся МП, а обмотка провода цилиндрического типа создает магнитные полюса. ЭМ-поле, формируемое электрическим током цилиндрической обмотки провода, похоже на МП постоянного магнита — конец обмотки провода цилиндрической формы, откуда выходят ЭМ потоки, указывает полюс северный, а обратный конец — южный.

Для распознания полюсов и ориентации ЭМ-линий в катушке с током применяется ППР для соленоида. Если за катушку взяться рукой так, чтобы сжатые пальцы кисти руки совпали по курсу потока электронов в витках, то оттопыренный под прямым углом большой палец укажет путь направленности электромагнитного фона — северный полюс.

Справка! Разнообразные формулировки ПБ, ППР или другие аналогичные правила не являются нужными по своей важности. Всех их непременно знать нет нужды, если знаешь основополагающее правило одного из вариантов. Тем не менее многие из представленных ниже правил удачно приспособлены к специфичным случаям их применения, следовательно, удобны для быстрого понимания направления векторов.

Общее понятие

Узнать путь перпендикуляра к двум выбранным векторам и понять направление стержня можно при помощи нескольких способов. В физике правило буравчика определяет вектор силы электромагнитной области в первоначальной точке и направление витков проводника вокруг вращательного центра.

Способы применения правила взаимодействуют друг с другом в случае определения положительного курса при вычислении произведения элементов векторного расстояния и координатной сингонии. Базис является сочетаемым набором лучей. При этом каждый элемент в области является единым в линейном сочетании отрезков.

Выводы:

• в магнитном пространстве взаимодействуют неподвижный магнит, перемещающееся тело, частицы с разными зарядами;
• поведение электронов зависит от действия электромагнитного поля;
• движущийся проводник является ориентиром для перемещения заряженных элементов, а силовые линии действуют на магнитоэлектрический проводник.

Принцип определяет направляющие показатели тела, которое продвигается в магнитной области. Выбор пути векторной величины относится к условным понятиям, но проходит всегда одинаково. Полярность постоянна.

Применение правила

Есть несколько способов диагностики курса перпендикулярного исходным лучам вектора и координатных величин. Иногда нужна характеристика только одного из этих понятий. Алгоритм применяется для вычисления направления главных форматов взамен других способов. При этом должно быть известно положение множителей в согласующихся формулах.

При применении по формулировке правила буравчика проводник берется в руку, а 4 пальца складываются в кулак. Главный палец остается в вертикальном положении — вверх или вниз. Он показывает курс движения электрического потока. Пальцы, поставленные параллельно, координируют направление электромагнитных линий потенциального поля.

Отставленный большой палец может открыть равномерное передвижение проводного стержня и посыл электрического тока. При использовании правила правой руки исследуемый провод помещается в ладонь. Сжатые четыре пальца указывают направление магнитных линий, уходящих в ладонь.

Правило правой руки применяется при определении стремления электрического тока в соленоиде. Индуктивная катушка берется в соответствующую руку так, чтобы закрытые пальцы говорили о направлении тока в обмотках. Большой палец, отставленный под 90º, показывает путь потенциальных линий внутри устройства. Направление электрического тока определяется при известных показателях полярности.

При использовании правила левой руки проводник располагается так, чтобы векторные показатели индукции были направлены в центр ладони, а распрямленные пальцы указывали курс прохождения тока. Большой палец показывает направление силы Ампера, взаимодействующей со стержнем магнитного поля.

Во втором варианте правила левой руки проводник помещается в кисть так, чтобы потенциальные линии следовали в плоскость ладони под прямым углом, а пальцы показывали передвижение положительных частиц. Это направление должно быть противоположно перемещению отрицательных частиц. Большой палец покажет курс действия силы Лоренца.

Механическое вращение

Вращательный вектор зависит от луча угловой скорости и начала движения в исходной точке. Величина рассчитывается перемножением векторов. Радиальная скорость показывает темп оборотов предмета вокруг осевого центра.

Значение радиальной скорости показывается:

• числовым значением при вращении в двухмерной области;
• условным вектором при передвижении в трехмерной области: координаты луча меняют направление и знак при изменении системы координат;
• величиной, которая изменяет знак со сменой индексации при общем расположении.

Иногда перемножения векторов бывает достаточно, но в других случаях нужны простые и удобные способы. Закономерность винта и правой ладони используется при нахождении курса модуля луча.

Методы нахождения пути модуля отрезка:

• закон гласит, что поворот буравчика в направлении вращения провода показывает путь угловой скорости;
• по закону правой ладони провод берется соответствующей кистью и вращается по курсу четырех пальцев, при этом главный отставленный палец показывает направление угловой скорости.

Направление импульсного момента изменяется прямо пропорционально быстроте осевых оборотов. Для вычисления величины используется коэффициент положительного импульса.

Потенциальный момент и магнетизм

Поворачивающий и прокручивающий момент является физической величиной. Он конгруэнтен произведению радиальных лучей и потенциала, проложенных от центральной линии к точке приложения. Характеристики момента определяют показатели давления на твердом теле.

Правила являются почти аналогичными определению пути модуля, но отличаются некоторыми элементами:

• правило буравчика говорит, что оборот винта по пути потенциального поворота тела покажет курс момента силы;
• по правилу правой руки проводник поворачивается в кисти в направлении отставленных пальцев (по пути приложения поворотного потенциала), а направление главного пальца под углом 90º укажет курс поворачивающего момента.

В науке индукция является векторным сочетанием, характеризующим магнитное пространство. Значение показывает действие электромагнитной области на поляризованных электронах. Наведенная индукция выражает силу воздействия поля на частицу, движущуюся с выбранной скоростью.

Пример применения правила:

• если равномерное вращение буравчика соответствует курсу тока в соленоиде, то направление рукояти совпадает с посылом луча магнитной индукции;
• правая кисть ставится так, что главный палец указывает направление перемещения электронов, а отогнутые пальцы — путь луча полученной индукции.

В металлическом стержне присутствуют свободные заряды, которые движутся хаотично. Движение проводника в электромагнитном пространстве ведет к отклонению поляризованных частиц и созданию нацеленной индукции электромагнитного пространства.

Электроны скапливаются на одном конце осевого стержня, а на другом есть нехватка частиц. Правило Ленца говорит, что индукционный ток цепи идет в направлении, ослабляющем причины тока электронов. При перемещении провода по курсу силовых линий действие области на заряды уменьшается, и электродвижущего потенциала нет.

Правило буравчика для прямого и кругового тока

Правило буравчика для прямого и кругового тока

Если создаваемое в пространстве магнитное поле происходит от прямолинейного проводника с током, то магнитная стрелка в любой точке поля будет устанавливаться по касательной к кругам, центры которых находятся на оси проводника, а плоскости — под прямым углом к проводнику.

В этом случае курс вектора МИ определим с помощью правила правого штопора (винта), т. е. при вращении штопора таким образом, чтобы он поступательно двигался по курсу силы тока в проводе, вращение головки штопора (винта) совпадает с направлением вектора магнитной индукции B.

Из второго рисунка усматривается, что магнитные линии (МЛ) в форме кругов замыкаются вокруг проводника с током. В плоскость кругового проводника МЛ входят с одной стороны, а с другой выходят. МП кругового тока похоже на поле короткого магнита, ось которого совпадает с перпендикуляром к центру плоскости контура.

Направление поля КТ можно определить, пользуясь ПБ. Инструмент нужно установить по оси кругового тока под прямым углом к его плоскости. Вращая рукоятку по направлению тока в контуре, можно понять, какое будет направление у МП.

Магнитный поток и ЭДС

Если магнитная индукция – векторная характеристика магнитного поля, то магнитный поток – скалярная величина, которая также является одной из самых важных характеристик поля. Представим, что у нас есть какая-то рамка или контур, имеющий определенную площадь. Магнитный поток показывает, какое количество силовых линий проходит через единицу площади, то есть характеризует интенсивность поля. Измеряется в Веберах (Вб) и обозначается Ф.

S – площадь контура, альфа – угол между нормалью (перпендикуляром) к плоскости контура и вектором В.

При изменении магнитного потока через контур в контуре индуцируется ЭДС, равная скорости изменения магнитного потока через контур. Кстати, подробнее о том, что такое электродвижущая сила, вы можете почитать в еще одной нашей статье.

По сути формула выше – это формула для закона электромагнитной индукции Фарадея. Напоминаем, что скорость изменения какой-либо величины есть не что иное, как ее производная по времени.

Для магнитного потока и ЭДС индукции также справедливо обратное. Изменение тока в контуре приводит к изменению магнитного поля и, соответственно, к изменению магнитного потока. При этом возникает ЭДС самоиндукции, которая препятствует изменению тока в контуре. Магнитный поток, который пронизывает контур с током, называется собственным магнитным потоком, пропорционален силе тока в контуре и вычисляется по формуле:

L – коэффициент пропорциональности, называемый индуктивностью, который измеряется в Генри (Гн). На индуктивность влияют форма контура и свойства среды. Для катушки с длиной l и с числом витков N индуктивность рассчитывается по формуле:

Формула для ЭДС самоиндукции:

Правило буравчика для момента силы

Для момента силы (МС) ПБ (винта) можно сформулировать следующим образом: если крутить винт (буравчик) в ту сторону, в которую действующие силы пытаются повернуть тело, то винт будет ввинчиваться или отвинчиваться в соответствии с тем, куда будет направлен МС.

Формулировка этого правила применительно к ПР будет выглядеть так: если вообразить, что взятое в правую руку тело пытаемся повернуть в сторону, указываемую четырьмя пальцами, т. е. прилагается сила для разворота тела, то под прямым углом отогнутый большой палец укажет в ту сторону, куда вращающий момент, т. е. МС, будет направлен.

Определение направления МС по правилу ПР возможно при совмещении указательного пальца с радиус-вектором, среднего пальца — с вектором силы, а с кончика большого пальца, поднятого под прямым углом, обозреваются два вектора. В случае если от указательного пальца движение выполняется к среднему против часовой стрелки, то направление МС совпадает с направлением, устанавливаемым большим пальцем. Если движение выполняется по часовой стрелке, то направление МС обратно ему.

Определение направления тока буравчиком

Если вам известно направление вектора B – магнитной индукции, вы можете легко применить это правило. Мысленно передвигайте буравчик вдоль направления поля в катушке острой частью вперед, соответственно вращение по часовой стрелки вдоль оси движения и покажет, куда течет ток.

Если проводник прямой – вращайте вдоль указанного вектора рукоятку штопора, так чтобы это движение было по часовой стрелке. Зная, что он имеет правую резьбу – направление, в котором он вкручивается, совпадает с током.

Правило правой руки для угловой скорости

Формулировка ППР для определения угловой скорости (УС) следующая: если кистью правой руки обхватить ось вращения таким образом, чтобы пальцы руки сходились с направлением тангенциальной скорости (ТС), то отогнутый большой палец укажет сторону вектора УС ω.

Правило правой руки для угловой скорости

Как известно, крутящееся колесо имеет не только УС, но и УУ, и оно не совпадает с направлением линейной ТС, а находится под углом 90 градусов к плоскости колеса.

Такая формулировка создаёт некоторое замешательство среди неосведомлённых: оказывается, УС ω действует вдоль оси крутящегося колеса. При вращении колеса очевидно, что единственной застывшей (неподвижной) точкой считается его центр. В этой связи начало вектора УС принято устанавливать в центре вращающейся окружности.

Вектор УС может меняться лишь по величине. А вот вектор УУ изменяется как по величине, так и по направленности — при ускорении направления векторов УС и УУ совпадают, а при замедлении направленность противоположная.

Правило правой руки для векторного произведения

1-й вариант правила ПР для векторного произведения:

Если векторы изобразить таким образом, чтобы их начальные точки совпадали, и вращать 1-й вектор-сомножитель коротким путём ко 2-му вектору-сомножителю, а 4 пальца правой руки при этом указывают в сторону вращения, то большой палец, оттопыренный под прямым углом, покажет направление вектора-произведения (ВП).

2-й вариант правила ПР для ВП:

Если векторы изобразить так, чтобы совпадали их начала, а большой палец правой руки вытянуть по длине 1-го вектора-сомножителя, указательный — по длине 2-го вектора-сомножителя, то средний приблизительно покажет направление вектора-произведения.

Направление вектора-произведения

По аналогии с электродинамикой большой палец — это ток (I), указательный — вектор МИ (B), а средний палец — сила (F). Ассоциативно легче будет запомнить по расположению пальцев руки, напоминающему пистолет.

ППР для ВП означает, что когда совпадающие в одной точке векторы пытаться поворачивать по короткому маршруту — первый вектор (большой палец) ко второму (указательный палец), то буравчик будет совершать свой круг в сторону произведения векторов (средний палец).

Общие правила

Существует несколько для вариантов, чтобы указать направление перпендикулярного отрезка к двум исходным векторам и определить ориентацию базиса. В физике есть такие важные направления:

• оборотов тела вокруг центра движения;
• силового вектора магнитного поля в выбранной точке.

Выбор пути аксиальной величины является условным, но он происходит одинаково, поэтому в конечном значении знак остается постоянным. Правила и способы помогают сохранять единый выбор:

• Правило буравчика. Провод помещается в руку, при этом четыре пальца сжимаются в кулак. Главный палец, который располагается вертикально, покажет путь передвижения заряженных электронов (тока). Остальные пальцы, которые ставятся параллельно друг другу, определят направление передвижения электромагнитных линий.
• Правило правой руки. При помещении исследуемого кабеля в руку сжатые пальцы показывают путь линий силового поля, а большой — направление тока. При поступательном перемещении проводника вдоль линий, которые определяют напряженность, их движение направлено в ладонь. Вытянутый перпендикулярно большой палец совпадает с перемещением стержня. Если раскрыть кулак, то прямые пальцы определят курс индукционного тока.
• Правило левой руки. Рука располагается так, чтобы четыре пальца показывали направление движения электронов. Путь индукционных линий направлен в ладонь. Отогнутый палец показывает действие силы на провод. Закон действует для отклонения проводникового стержня, справа и слева от которого располагаются магниты, а он находится под током.

С помощью этих правил выбирается направление векторного произведения и базисов (или одного из двух взаимосвязанных понятий). Прием используется для определения направлений основных величин взамен применения остальных методов, если иметь представление о порядке расположения множителей в соответствующих формулах.

Способы выбора правила сочетаются между собой для вычисления положительного пути произведения векторов и базиса (координатной системы) в пространстве. Базис определяется как скоординированный векторный набор, при этом любой вектор в пространстве представляется в едином варианте линейного соотношения векторов из этого пакета.

Использование правила буравчика из физики приводит к главным выводам:

• движущийся стержень, стационарный магнит, заряженные электроны располагаются в электромагнитном силовом поле;
• на положительные и отрицательные частицы оказывается воздействие электромагнитного фона;
• перемещающийся проводник становится ориентиром для передвижения заряженных электронов, значит силовое поле действует на электрический шунт.

Можно применять специальные правила для определения направляющих характеристик стержня, который движется в электромагнитном поле. Этими формулировками пользуются в различных конкретных ситуациях, но они являются менее общими по значению.

Правая и левая системы координат

Чтобы выяснить направление прямоугольных векторных координат, которые используются для показания отрезков любого курса, исходят из правила для чайников, что абсцисса и ордината направленного луча находятся в исходной точке пространства и совпадают с характеристиками их окончания.

Для случаев, когда координаты не совпадают, нужно сделать:

• перенос луча так, чтобы его начальная точка находилась в начале координатного пространства, таким образом, абсцисса и ордината истока отрезка совпадают с координатами его окончания;
• вычитание из координатных показателей конца луча значение абсциссы и ординаты конца отрезка вместо перемещения начальной точки.

На плоскости прямоугольных координат расположение отрезка совпадает с ортогональной проекцией луча на координатную направляющую ось. Правило буравчика позволяет применять правый базис, но отход от негласного закона оговаривается отдельно. Эти правила условны, но сочетание векторов устанавливается так, что для базиса декартовой прямоугольной плоскости с одинаковым масштабированием по любым осям выполняются следующие законы:

• левые базисы вступают во взаимодействие, если применение правосторонних скоплений неудобно или не представляется возможным;
• зеркальное отображение правого сочетания базиса является копией левого набора векторов.

Правила согласовываются между собой для определения курса векторного произведения и законов построения (выбора) положительного набора векторных отрезков.

Для векторного произведения

Правило буравчика и правой руки для векторного результата гласит, что, если изобразить отрезки так, чтобы совпадали их истоки, и поворачивать первый вектор по наиболее краткому пути по отношению ко второму лучу, то винт будет вращаться в направлении произведения векторов. В качестве винта подразумевается буравчик с правой нарезанной резьбой или с правым винтиком на конце, который встречается часто в списке рабочих инструментов. Этот закон можно переформулировать для стрелки часов, так как правое вращение винта идентично перемещению указателя на циферблате.

Вам это будет интересно Клеммные колодки Wago для электрических соединений

Для векторного произведения через стрелку на циферблате правило применяется, если изобразить отрезки так, чтобы их истоки совпадали. При этом второй луч вращается кратко по траектории ко второму вектору из набора. Направление векторного произведения будет идти к наблюдателю, если он стоит так, что обороты видит по часовому указателю. Буравчик закручивается вглубь часов.

Если при таком положении наблюдателя и однотипном вращении с предыдущим случаем ставятся пальцы кисти справа, как бы сжимая поворачивающийся стержень, то они указывают направление витков. Палец, который располагается под углом 90°, определяет курс векторного произведения.

Если векторы изображаются так, что их истоки находятся в одной точке, палец правой кисти ставится по первому вектору-множителю, а указательный — параллельно второму вектору, то средний приблизительно укажет курс векторного произведения для закона буравчика. Физика в таком случае определяет направление:

• луча электромагнитных линий;
• движения электронов, заряженных отрицательно и положительно;
• силы индукции.

Соотношение отрезков, абсцисс и ординат

Векторное соотношение двух отрезков, которые взаимодействуют в трехмерном пространстве, определяется лучом, расположенным перпендикулярно обоим начальным потокам. Длина произведения векторов равняется значению площади параллелограмма между начальными отрезками. Направление этих двух лучей выбирается так, чтобы три по порядку расположенных вектора из набора и результативных отрезков были правыми. Результат умножения векторов коллинеарного типа приравнивается к нулю, если один из них является отрезком с нулевым значением.

Для нахождения произведения пространственных векторов следует определить ориентацию участка, а именно разобраться в том, какие три отрезка относятся к правому и левому положению. При этом необязательна привязка к координатной системе. При выбранной ориентации пространственного участка результат произведения множительных векторов не зависит от левосторонней или правосторонней системы числовых направляющих.

Формулы отличаются по знаку для нахождения координат произведения лучевых векторов через ординаты и абсциссы начальных отрезков в левой и правой системе прямоугольной структуры. Результат сочетания векторов является антикоммутационным, так как в отличие от скалярного результата в итоге имеет также вектор.

Модуль произведения векторов также является результатом перемножения модулей отрезков, если величины располагаются перпендикулярно друг к другу. Значение модуля стремится к нулю в случае коллинеарности лучей. Произведение векторов определяется в физических и технических дополнениях. Например, импульсный момент и действие Лоренца заносятся в данные по форме результата перемножения элементов из векторного набора.

Для упорядоченного набора лучей

Все разнообразные применяемые правила винта или законы обеих рук в электротехнике и физике не являются обязательными к использованию, если направление характеристик электромагнитного поля можно определить основными правилами одновременно со знанием формул для подсчета векторного соотношения. Малораспространенные правила характерны для особых случаев, когда их использование является удобным для быстрого выявления элементарных показателей системы.

Правила для базиса переписаны в виде:

• Закон для базиса. Если в базисе присутствуют векторы, которые располагаются параллельно осям x, z, y, то большой палец направляется вдоль первого вектора по оси x. Указательный ставится параллельно второму отрезку по оси y, средний располагается вдоль третьего луча по оси z. После расстановки выявляется, что сочетание векторов относится к правостороннему расположению.
• Закон винта (буравчика) для базиса. Если поворачивать винт и векторы так, чтобы первый отрезок стремился ко второму по наименьшему пути, то буравчик направлением кручения покажет курс третьего вектора базиса (когда он правый).

Вам это будет интересно Понятие заземления и заземляющего контура

Такие манипуляции расширяют возможности определения курса в координатном пространстве. Закон буравчика для базиса может заменить общее правило винта, правой кисти и других. Для его применения у наблюдателя должно быть развито некоторое пространственное воображение, так как требуется мысленно осуществлять поворот нарисованных векторов до того момента, пока они не совпадут с базисом. Набор векторов может при этом располагаться случайно.

Принцип для механического вращения

Отрезок вращения взаимно связывается с вектором угловой скорости поворота и лучом, начинающимся в неподвижной точке, приведенным в искомое положение. Величина определяется как произведение векторов. Угловая скорость представляет собой быстроту оборотов материального элемента вокруг центра.

Угловая скорость выражается:

• для поворотов в двухмерном участке пространства — числом;
• для трехмерного промежутка — псевдовектором, компоненты которого трансформируются при оборачивании координатной системы и меняют знак противоположно правилам поведения вектора при инверсии;
• в вариантах общего положения — кососимметрической величиной, меняющей знак при перемене индексации.

Для определения курса модуля отрезка применяются правило винта и правой кисти, эффективно используемые в случае нахождения векторного произведения. Иногда этого хватает, но при реальном вращении законы формулируются в запоминающемся и простом варианте для нахождения направлений:

• Закон буравчика. Если поворачивать винт в направлении вращения точки, то он завинчивается в сторону курса угловой скорости.
• Закон правой руки. Для этого тело берется правой рукой и поворачивается в направлении четырех пальцев, большой палец, который располагается под углом 90°, покажет путь угловой скорости при таком движении вокруг центра.

Для определения направления момента импульса, который меняется прямо пропорционально угловому вращению (скорости) с коэффициентом положительного импульса, применяются правила для нахождения показателей механического кручения.

Определение силового момента

Крутящий и вращательный момент представляет собой физический формат, равный произведению векторов силы и радиуса, проведенных от центральной оси к точке действия силы. Характеристики показывают силовое действие на твердом предмете.

Правила аналогичны предыдущим случаям, но отличаются незначительными деталями:

• Правило винта. Если поворачивать буравчик по курсу, куда сила вращает тело, то инструмент будет завинчиваться или вывинчиваться по путям направления силового момента.
• Правило правой кисти. Мысленно представляют, что тело в руке, тогда попытка его поворота в направлении вытянутых четырех пальцев (аналогично направляются поворотные усилия) при большом пальце на 90° покажет направление приложения вращательного момента.

Правило буравчика: рисунок (схема)

Рассмотрим наглядные примеры демонстрации правила буравчика на схемах:

Правило буравчика

Использование правила буравчика на схеме

Содержание статьи

5. Дополнительные жесты левой рукой (выполняются как с жезлом, так и без него) 

5.1. Остановка транспорта, идущего слева.

Исходное положение — основная стойка, стойка: руки в стороны ладонями вперед, стойка: правая рука вытянута вперед ладонью влево. Согнуть левую руку к плечу; кисть поднята ладонью влево. Затем выпрямить левую руку влево; кисть поднята, ладонью влево.

Повторение жеста: согнуть левую руку к плечу, кисть поднята ладонью влево, после чего выпрямить левую руку влево, кисть поднята ладонью влево.

5.2. Остановка транспорта, идущего на правый поворот.

Исходное положение — стойка: правая рука вытянута вперед. Согнуть левую руку к плечу, кисть поднята ладонью вперед, после чего выпрямить левую руку вперед, кисть поднята ладонью вперед.

Повторение жеста: согнуть левую руку к плечу со стороны груди, кисть поднята ладонью вперед, после чего выпрямить левую руку вперед, кисть поднята ладонью вперед.

5.3. Жест «Разрешен проезд транспорта с левой стороны за спиной регулировщика».

Исходное положение — основная стойка, стойка: руки вытянуты в стороны ладонями вперед, стойка: правая рука вытянута вперед ладонью влево. Левую руку вытянуть влево ладонью вверх, а затем махом согнуть левую руку к левому плечу.

Повторение сигнала: выпрямить левую руку влево ладонью вверх, после чего махом согнуть левую руку к левому плечу.

5.4. Жест, ускоряющий движение транспорта, осуществляющего левый поворот.

Исходное положение — стойка: правая рука вытянута вперед ладонью влево.

5.4.1. Поднять прямую левую руку влево до уровня плеча ладонью повернута вверх, после чего махом левой рукой вниз вытянуть левую руку ладонью вверх вперед к правой руке.

Повторение сигнала: левую руку махом опустить вниз и поднять влево до уровня плеча ладонью вверх, после чего махом опустить вниз и вытянуть левую руку ладонью вверх вперед к правой руке.

 

 

 

 

Открыть полный текст документа

Правило буравчика и правило правой. Что такое правило левой и правой руки в физике

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

1. А.В. Перышкин, Е.М. Гутник. Физика 9. — Дрофа, 2006.
2. Г.Н. Степанова. Сборник задач по физике. — М.: Просвещение, 2001.
3. А.Фадеева. Тесты физика (7 — 11 классы). — М., 2002.
4. В. Григорьев, Г. Мякишев Силы в природе. — М.: Наука, 1997.

Домашнее задание

1. Интернет-портал Clck.ru ().
2. Интернет-портал Class-fizika.narod.ru ().
3. Интернет-портал Festival.1september.ru ().

Тем, кому в школе плохо давалась физика, правило буравчика и сегодня — самая настоящая «терра инкогнита». Особенно если попытаться найти определение известного закона в Сети: поисковые системы тут же выдадут множество мудрёных научных объяснений со сложными схемами. Однако вполне возможно кратко и понятно объяснить, в чём же оно состоит.

В чём состоит правило буравчика

Буравчик — инструмента для сверления отверстий

Оно звучит так: в случаях, когда направление буравчика совпадает с направлением тока в проводнике во время поступательных движений, то одновременно идентичным ему будет и направление вращения ручки буравчика.

В поисках направления

Чтобы разобраться, придётся всё-таки вспомнить школьные уроки. На них учителя физики рассказывали нам о том, что электроток — это движение элементарных частиц, которые при этом несут свой заряд по проводящему материалу. Благодаря источнику движение частиц в проводнике — направленное. Движение, как известно, жизнь, а потому вокруг проводника возникает не что иное, как магнитное поле, и оно тоже вращается. Но как?

Ответ даёт именно это правило (без использования каких-либо специальных инструментов), и результат оказывается весьма ценным, ведь в зависимости от направления магнитного поля парочка проводников начинает действовать по совершенно разным сценариям: либо отталкиваться друг от друга, либо, напротив, устремляться навстречу.

Использование

Самый простой способ определения пути движений линий магнитного поля — применение правила буравчика

Представить это можно и так — на примере собственной правой руки и самого обычного провода. Провод кладём в руку. Четыре пальца крепко сжимаем в кулак. Большой палец указывает вверх — наподобие жеста, которым мы демонстрируем, что нам что-то нравится. В данной «раскладке» большой палец чётко укажет направление движения тока, тогда как остальные четыре — путь движений линий магнитного поля.

Правило вполне применимо в жизни. Физикам оно необходимо для того, чтобы определить направление магнитного поля тока, рассчитать механическое вращение скорости, вектор магнитной индукции и момент сил.

Кстати, о том, что правило применимо к самым разным ситуациям говорит и то, что существует сразу несколько его толкований — в зависимости от рассматриваемого каждого конкретного случая.

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:

1. Постоянный магнит, проводник с «переменкой», электрически заряженная движущаяся частица имеют вокруг себя ЭМ область;
2. Заряженная частица, движущаяся в этой области, поддается некоторому воздействию со стороны ЭМ фона;
3. 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

Основные законы Динамики. Законы Ньютона — первый, второй, третий. Принцип относительности Галилея. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Силы упругости. Вес. Силы трения — покоя, скольжения, качения + трение в жидкостях и газах.

Кинематика. Основные понятия. Равномерное прямолинейное движение. Равноускоренное движение. Равномерное движение по окружности. Система отсчёта. Траектория, перемещение, путь, уравнение движения, скорость, ускорение, связь линейной и угловой скорости.

Простые механизмы. Рычаг (рычаг первого рода и рычаг второго рода). Блок (неподвижный блок и подвижный блок). Наклонная плоскость. Гидравлический пресс. Золотое правило механики

Законы сохранения в механике. Механическая работа, мощность, энергия, закон сохранения импульса, закон сохранения энергии, равновесие твердых тел

Движение по окружности. Уравнение движения по окружности. Угловая скорость. Нормальное = центростремительное ускорение. Период, частота обращения (вращения). Связь линейной и угловой скорости

Механические колебания. Свободные и вынужденные колебания. Гармонические колебания. Упругие колебания. Математический маятник. Превращения энергии при гармонических колебаниях

Механические волны. Скорость и длина волны. Уравнение бегущей волны. Волновые явления (дифракция. интерференция…)

Гидромеханика и аэромеханика. Давление, гидростатическое давление. Закон Паскаля. Основное уравнение гидростатики. Сообщающиеся сосуды. Закон Архимеда. Условия плавания тел. Течение жидкости. Закон Бернулли. Формула Торричели

Молекулярная физика. Основные положения МКТ. Основные понятия и формулы. Свойства идеального газа. Основное уравнение МКТ. Температура. Уравнение состояния идеального газа. Уравнение Менделеева-Клайперона. Газовые законы — изотерма, изобара, изохора

Волновая оптика. Корпускулярно-волновая теория света. Волновые свойства света. Дисперсия света. Интерференция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция света. Поляризация света

Термодинамика. Внутренняя энергия. Работа. Количество теплоты. Тепловые явления. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к различным процессам. Уравнение теплового балланса. Второй закон термодинамики. Тепловые двигатели

Электростатика. Основные понятия. Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Принцип суперпозиции. Теория близкодействия. Потенциал электрического поля. Конденсатор.

Постоянный электрический ток. Закон Ома для участка цепи. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца. Закон Ома для полной цепи. Закон электролиза Фарадея. Электрические цепи — последовательное и параллельное соединение. Правила Кирхгофа.

Электромагнитные колебания. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур. Переменный электрический ток. Конденсатор в цепи переменного тока. Катушка индуктивности («соленоид») в цепи переменного тока.

Электромагнитные волны. Понятие электромагнитной волны. Свойства электромагнитных волн. Волновые явления

Вы сейчас здесь: Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Правило буравчика. Закон Ампера и сила Ампера. Сила Лоренца. Правило левой руки. Электромагнитная индукция, магнитный поток, правило Ленца, закон электромагнитной индукции, самоиндукция, энергия магнитного поля

Квантовая физика. Гипотеза Планка. Явление фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна. Фотоны. Квантовые постулаты Бора.

Элементы теории относительности. Постулаты теории относительности. Относительность одновременности, расстояний, промежутков времени. Релятивистский закон сложения скоростей. Зависимость массы от скорости. Основной закон релятивистский динамики…

Погрешности прямых и косвенных измерений. Абсолютная, относительная погрешность. Систематические и случайные погрешности. Среднее квадратическое отклонение (ошибка). Таблица определения погрешностей косвенных измерений различных функций.

С помощью правил левой и правой руки с легкостью можно найти и определить направления тока, магнитных линий, а также других физических величин.

Правило буравчика и правой руки

Правило буравчика впервые было сформулировано известным физиком Петром Буравчиком. Его удобно использовать, чтобы определить направленность напряженности. Итак, формулировка правила такова: в случае когда буравчик, двигающийся поступательно, вкручивается по направлению электрического тока, направленность рукоятки самого буравчика должна совпасть с направленностью магнитного поля. Данное правило можно применить с соленоидом: обхватываем соленоид, пальцы должны показывать туда же, куда и ток, то есть показать путь тока в витках, дальше оттопыриваем большой палец правой руки, он и указывает на нужное путь линий магнитной индукции.

Правило правой руки употребляют по статистике гораздо чаще правила буравчика, от части из — за более понятной формулировки, оно гласит: обхватываем предмет правой рукой, при этом сжатые пальцы кулака должны показывать направление магнитных линий, а оттопыренный приблизительно на 90 градусов большой палец должен показать направление электрического тока. Если присутствует движущийся проводник: руку следует развернуть таким образом, чтобы силовые линии данного поля были перпендикулярны ладони (90 градусов) , оттопыренный большой палец должен показать на путь движения проводника, тогда 4 загнутых пальца укажут на путь индукционного тока.

Правило левой руки

У правила левой руки существуют две формулировки. Первая формулировка гласит: следует разместить руку, чтобы оставшиеся загнутые пальцы руки указывали на путь электрического тока в данном проводнике, линии индукции должны быть перпендикулярны ладони, а выставленный большой палец левой руки указывает на силу, оказывающую воздействие на данный проводник. Следующая формулировка гласит: четыре согнутых пальца руки, кроме большого располагаются именно по движению отрицательно заряженных или положительно заряженных электрического тока, а линии индукции при этом должны перпендикулярно (90 градусов) направляться в ладонь, в этом случае выставленный большой в данном случае должен показать на течение силы Ампера или же силы Лоренца.

Правило буравчика: особенности и приёмы

Правило буравчика – упрощенная наглядная демонстрация при помощи одной руки правильного умножения двух векторов. Геометрия школьного курса подразумевает осведомленность учеников о скалярном произведении. В физике часто встречается векторное.

Понятие вектора

Полагаем, нет смысла истолковывать правило буравчика при отсутствии знания определения вектора. Требуется открыть бутылку – знание о правильных действиях поможет. Вектором называют математическую абстракцию, не существующую реально, выказывающую указанные признаки:

1. Направленный отрезок, обозначаемый стрелкой.
2. Точкой начала послужит точка действия силы, описываемой вектором.
3. Длина вектора равна модулю силы, поля, прочих описываемых величин.

Не всегда затрагивают силу. Векторами описывается поле. Простейший пример показывают школьникам преподаватели физики. Подразумеваем линии напряженности магнитного поля. Вдоль обычно рисуются векторы по касательной. В иллюстрациях действия на проводник с током увидите прямые линии.

Правило буравчика

Векторные величины часто лишены места приложения, центры действия выбираются по договоренности. Момент силы исходит из оси плеча. Требуется для упрощения сложения. Допустим, на рычаги различной длины действуют неодинаковые силы, приложенные к плечам с общей осью. Простым сложением, вычитанием моментов найдем результат.

Векторы помогают решить многие обыденные задачи и, хотя выступают математическими абстракциями, действуют реально. На основе ряда закономерностей возможно вести предсказание будущего поведения объекта наравне со скалярными величинами: поголовье популяции, температура окружающей среды. Экологов интересуют направления, скорость перелета птиц. Перемещение является векторной величиной.

Правило буравчика помогает найти векторное произведение векторов. Это не тавтология. Просто результатом действия окажется тоже вектор. Правило буравчика описывает направление, куда станет указывать стрелка. Что касается модуля, нужно применять формулы. Правило буравчика – упрощенная чисто качественная абстракция сложной математической операции.

Аналитическая геометрия в пространстве

Каждому известна задачка: стоя на одном берегу реки, определить ширину русла. Кажется уму непостижимым, решается в два счета методами простейшей геометрии, которую изучают школьники. Проделаем ряд несложных действий:

1. Засечь на противоположном берегу видный ориентир, воображаемую точку: ствол дерева, устье ручейка, впадающего в поток.
2. Под прямым углом линии противоположного берега сделать засечку на этой стороне русла.
3. Найти место, с которого ориентир виден под углом 45 градусов к берегу.
4. Ширина реки равна удалению конечной точки от засечки.

Определение ширины реки методом подобия треугольников

Используем тангенс угла. Не обязательно равен 45 градусов. Нужна большая точность – угол лучше брать острым. Просто тангенс 45 градусов равен единице, решение задачки упрощается.

Аналогичным образом удается найти ответы на животрепещущие вопросы. Даже в микромире, управляемом электронами. Можно однозначно сказать одно: непосвященному правило буравчика, векторное произведение векторов представляются скучными, занудными. Удобный инструмент, помогающий в понимании многих процессов. Большинству будет интересным принцип работы электрического двигателя (безотносительно к конструкции). Легко может быть объяснен использованием правила левой руки.

Во многих отраслях науке бок-о-бок идут два правила: левой, правой руки. Векторное произведение иногда может описываться так или эдак. Звучит расплывчато, предлагаем немедленно рассмотреть пример:

• Допустим, движется электрон. Отрицательно заряженная частица бороздит постоянное магнитное поле. Очевидно, траектория окажется изогнута благодаря силе Лоренца. скептики возразят, по утверждениям некоторых ученых электрон не частица, а скорее, суперпозиция полей. Но принцип неопределенности Гейзенберга рассмотрим в другой раз. Итак, электрон движется:

Расположив правую руку, чтобы вектор магнитного поля перпендикулярно входил в ладонь, вытянутые персты указывали направление полета частицы, отогнутый на 90 градусов в сторону большой палец вытянется в направлении действия силы. Правило правой руки, являющееся иным выражением правила буравчика. Слова-синонимы. Звучит по-разному, по сути – одно.

Правило левой руки

• Приведем фразу Википедии, отдающую странностью. При отражении в зеркале правая тройка векторов становится левой, тогда нужно применять правило левой руки вместо правой. Летел электрон в одну сторону, по методикам, принятым в физике, ток движется в противоположном направлении. Словно отразился в зеркале, поэтому сила Лоренца определяется уже правилом левой руки:

Если расположить левую руку, чтобы вектор магнитного поля перпендикулярно входил в ладонь, вытянутые персты указывали направление течения электрического тока, отогнутый на 90 градусов в сторону большой палец вытянется, указывая вектор действия силы.

Видите, ситуации похожие, правила просты. Как запомнить, которое применять? Главный принцип неопределенности физики. Векторное произведение вычисляется во многих случаях, причем правило применяется одно.

Какое правило применить

Слова синонимы: рука, винт, буравчик

Вначале разберем слова-синонимы, многие начали спрашивать себя: если тут повествование должно затрагивать буравчик, почему текст постоянно касается рук. Введем понятие правой тройки, правой системы координат. Итого, 5 слов-синонимов.

Потребовалось выяснить векторное произведение векторов, оказалось: в школе это не проходят. Проясним ситуацию любознательным школьникам.

Декартова система координат

Школьные графики на доске рисуют в декартовой системе координат Х-Y. Горизонтальная ось (положительная часть) направлена вправо – надеемся, вертикальная – указывает вверх. Делаем один шаг, получая правую тройку. Представьте: из начала отсчета в класс смотрит ось Z. Теперь школьники знают определение правой тройки векторов.

В Википедии написано: допустимо брать левые тройки, правые, вычисляя векторное произведение, несогласны. Усманов в этом плане категоричен. С разрешения Александра Евгеньевича приведем точное определение: векторным произведением векторов называют вектор, удовлетворяющий трем условиям:

1. Модуль произведения равен произведению модулей исходных векторов на синус угла меж ними.
2. Вектор результата перпендикулярен исходным (вдвоем образуют плоскость).
3. Тройка векторов (по порядку упоминания контекстом) правая.

Правую тройку знаем. Итак, если ось Х – первый вектор, Y – второй, Z будет результатом. Почему назвали правой тройкой? По-видимому, связано с винтами, буравчиками. Если закручивать воображаемый буравчик по кратчайшей траектории первый вектор-второй вектор, поступательное движение оси режущего инструмента станет происходить в направлении результирующего вектора:

1. Правило буравчика применяется к произведению двух векторов.
2. Правило буравчика качественно указывает направление результирующего вектора этого действия. Количественно длина находится выражением, упомянутым (произведение модулей векторов на синус угла меж ними).

Теперь каждому понятно: сила Лоренца находится согласно правилу буравчика с левосторонней резьбой. Векторы собраны левой тройкой, если взаимно ортогональны (перпендикулярны один другому), образуется левая система координат. На доске ось Z смотрела бы в направлении взгляда (от аудитории за стену).

Простые приемы запоминания правил буравчика

Люди забывают, что силу Лоренца проще определять правилом буравчика с левосторонней резьбой. Желающий понять принцип действия электрического двигателя должен как дважды два щелкать подобные орешки. В зависимости от конструкции число катушек ротора бывает значительным, либо схема вырождается, становясь беличьей клеткой. Ищущим знания помогает правило Лоренца, описывающее магнитное поле, где движутся медные проводники.

Для запоминания представим физику процесса. Допустим, движется электрон в поле. Применяется правило правой руки для нахождения направления действия силы. Доказано: частица несет отрицательный заряд. Направление действия силы на проводник находится правилом левой руки, вспоминаем: физики совершенно с левых ресурсов взяли, что электрический ток течет в направлении противоположном тому, куда направились электроны. И это неправильно. Поэтому приходится применять правило левой руки.

Не всегда следует идти такими дебрями. Казалось бы, правила больше запутывают, не совсем так. Правило правой руки часто применяется для вычисления угловой скорости, которая является геометрическим произведением ускорения на радиус: V = ω х r. Многим поможет визуальная память:

1. Вектор радиуса круговой траектории направлен из центра к окружности.
2. Если вектор ускорения направлен вверх, тело движется против часовой стрелки.

Посмотрите, здесь опять действует правило правой руки: если расположить ладонь так, чтобы вектор ускорения входил перпендикулярно в ладонь, персты вытянуть по направлению радиуса, отогнутый на 90 градусов большой палец укажет направление движения объекта. Достаточно однажды нарисовать на бумаге, запомнив минимум на половину жизни. Картинка действительно простая. Больше на уроке физики не придется ломать голову над простым вопросом – направление вектора углового ускорения.

Аналогичным образом определяется момент силы. Исходит перпендикулярно из оси плеча, совпадает направлением с угловым ускорением на рисунке, описанном выше. Многие спросят: зачем нужно? Почему момент силы не скалярная величина? Зачем направление? В сложных системах непросто проследить взаимодействия. Если много осей, сил, помогает векторное сложение моментов. Можно значительно упростить вычисления.

Правило буравчика. Правило правой и левой руки

2. ПЛАН

1.
2.
3.
4.
5.
6.
Магнитное поле и его графическое изображение
Неоднородное и однородное магнитное поле
Правило буравчика
Правило правой руки
Правило левой руки
Список литературы

4. Магнитное поле и его графическое изображение

Поскольку электрический ток – это
направленное движение заряженных частиц,
то можно сказать, что магнитное поле
создается движущимися заряженными
частицами, как положительными, так и
отрицательными. Для наглядного
представления магнитного поля мы
пользовались магнитными линиями.
Магнитные линии – это воображаемые
линии, вдоль которых расположились бы
маленькие магнитные стрелки, помещенные
в магнитное поле.
На рисунке показано магнитная линия
(как прямолинейная, так и криволинейная).
По картине магнитных линий можно судить
не только о направлении, но и о величине
магнитного поля.

5. Неоднородное и однородное магнитное поле

Сила, с которой поле полосового магнита
действует на помещенную в это поле
магнитную стрелку, в разных точках поля
может быть различной как по модулю, так и
по направлению. Такое поле называют
неоднородным. Линии неоднородного
магнитного поля искривлены, их густота
меняется от точки к точке. В некоторой
ограниченной области пространства можно
создать однородное магнитное поле, т.е.
поле, в любой точке которого сила действия
на магнитную стрелку одинакова по модулю
и направлению.
Для изображения магнитного поля
пользуются следующим приемом. Если
линии однородного магнитного поля
расположены перпендикулярно к плоскости
чертежа и наплавлены от нас за чертеж, то
их изображают крестиками, а если из-за
чертежа к нам – то точками.

6. Правило буравчика

Известно, что направление линий
магнитного поля тока связано с
направлением тока в проводнике. Эта
связь может быть выражена простым
правилом, которое называется правилом
буравчика.
Правило буравчика заключается в
следующем: 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.

7. Правило правой руки

Для определения направления линий
магнитного поля соленоида удобнее пользоваться
другим правилом, которое иногда называют
правилом правой руки.
Это правило читается так:
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.
Соленоид, как и магнит, имеет полосы: 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.

8. Правило правой руки для проводника с током

Если правую
руку расположить
так, чтобы большой
палец был направлен
по току, то остальные
четыре пальца
покажут направление
линии магнитной
индукции

9. Правило левой руки

Направление 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.

10. Определение силы Ампера

Если 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.
FA B I l Sin

11. Сила, действующая на заряд

Если левую руку расположить
так, чтобы линии магнитного
поля входили в ладонь
перпендикулярно к ней, а
четыре пальца были
направлены по движению
положительно зараженной
частицы (или против движения
отрицательно заряженной), то
отставленный на 900 большой
палец покажет направление
действующей на частицу силы
Лоренца.

12. Список литературы

Учебник для общеобразовательных учебных заведений – Физика 9
класс, Перышки А.В. и Гутник Е.М.
«Сборник задач по физике» (В.И. Лукашик, Е.В. Иванова)
«Физика». Краткий справочник школьника.
«Физика». Большой справочник для школьников и поступающих в вузы.
«Физика». Словарь школьника.
«Большой справочник школьника».
«Учебный справочник школьника».
выход

Правило правой руки. Презентация, доклад правило буравчика и левой руки Правило правой руки презентация

Проверка теста 1. Магнитное поле порождается электрическим током. 2.Магнитное поле создается движущимися заряженными частицами. 3. За направление магнитной линии в какой-либо ее точке условно принимают направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, помещенной в эту точку. 4. Магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный.

ПРАВИЛО ЛЕВОЙ РУКИ для заряженной частицы Если 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 частицы), то отставленный на 90 градусов большой палец покажет направление действующей на частицу силы.

Нельзя ли защититься от действия магнитных сил? Как ни странно, веществом, непроницае мым для магнитных сил, является то же самое железо, которое так легко намагничивается! Внутри кольца из железа стрелка компаса не отклоняется магнитом, помещенным вне кольца.намагничивается

«Магнитное поле» — 14. Т о к направлен к нам. 24. 5. Гальванический элемент. За направление магнитного поля в данной точке принимается положительное направление нормали. Степанова Екатерина Николаевна доцент кафедры ОФ ФТИ ТПУ. Электромагнетизм. 8. Правило буравчика.

«Магнитное поле физика» — Можно ли увидеть магнитное поле. Точнее, магнитные поля являются необходимым следствием существования электрических полей. Фотографирование невозможных объектов. Происходить отклонение электронного пучка магнитным полем. На экране телевизора произойдет изменение цвета в месте, где приближен магнит. Можно также рассматривать магнитное поле, как составляющую электрического поля.

«Направление линий магнитного поля» — Выполнила: Кадичева Анна. Правило правой руки. Что можно определить,используя правило буравчика? Известно, что вокруг электрического тока всегда существует магнитное поле. Что называется линиями магнитной индукции? Электрический ток и магнитное поле неотделимы друг от друга. На всякий проводник с током.

«Магнитное поле урок физики» — О б о р у д о в а н и е. Продолжить формирование базиса понимания современной научной картины мира. З а д а ч и. S. Урок физики по теме «магнитное поле тока». Ганс христиан эрстед (1777 – 1851). b). Ваш вывод Что может изменить величину угла отклонения стрелки? Поменять полярность. Задания на повторение.

«Физика Сила Лоренца» — Переход от покоящегося источника к движущемуся приводит к возникновению динамических добавок к статической силе: В полевой силе Лоренца: В согласии с указанной логикой Полевая физика приводит к следующему выражению для силы Лоренца: Сила электростатического взаимодействия двух заряженных объектов (закон Кулона):

«Сила Лоренца» — Направление силы Лоренца. Правило левой руки. Магнитное поле. Радиус кривизны. Согласно второму закону Ньютона: Отсюда радиус: В каком случае частица движется в магнитном поле прямолинейно? Закон Ампера? Сила Ампера: Уравнение для силы тока в проводнике: Сила Лоренца Модуль силы Лоренца. Дайте определение силе Лоренца.

Всего в теме 20 презентаций

Учитель физики Коваль В.С. 2010 г. сайт

Слайд 2

Тестовая работа

1. Когда электрические заряды находятся в покое, то вокруг них обнаруживается… А. Электрическое поле. Б. Магнитное поле. В. электрическое и магнитное поля. 2. Как располагаются железные опилки в магнитном поле прямого тока? А. Беспорядочно. Б. По прямым линиям вдоль проводника. В. По замкнутым кривым, охватывающим проводник. 3. Когда к магнитной стрелке поднесли один из полюсов постоянного магнита, то южный полюс стрелки оттолкнулся. Какой полюс поднесли? А.Северный. Б. Южный.

Слайд 3

Тестовая работа

4. Каким способом можно усилить магнитное поле катушки? А. Сделать катушку большего диаметра. Б. Внутрь катушки вставить железный сердечник. В. Увеличить силу тока в катушке. 5. Какие вещества из указанных ниже совсем не притягиваются магнитом? А. Стекло. В. Никель. Б. Сталь. Г. Чугун 6. Середина магнита не притягивает к себе железных опилок Магнит ломают на две части.. Будут ли концы на месте излома магнита притягивать железные опилки? А. Будут, но очень слабо. Б. Не будут.

Слайд 4

Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило левой руки.

Слайд 5

На проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила со стороны магнитного поля.

Слайд 6

ПРАВИЛО ЛЕВОЙ РУКИ для проводника с током служит для определения направления силы, действующей на проводник с током в магнитном поле

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 90 градусов большой палец покажет направление действующей на проводник силы.

Слайд 7

ПРАВИЛО ЛЕВОЙ РУКИ для заряженной частицы с целью определения направления силы, действующей на отдельную заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле.

Если 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 частицы), то отставленный на 90 градусов большой палец покажет направление действующей на частицу силы.

Слайд 8

Закрепление

Определите направление силы, действующей на проводник с током со стороны магнитного поля

Слайд 9

В какую сторону отклонится электрон под действием магнитного поля?

презентация на тему: «Правило левой руки. Сила Ампера»

Просмотр содержимого документа

Урок в 9 классе по теме: «Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило левой руки. Сила Ампера ».

Цели урока:

Образовательные:

изучить как обнаруживается магнитное поле по его действию на электрический ток, изучить правило левой руки, повторить ранее пройденные определения электрического поля, магнитного поля, условия их возникновения, свойства; закрепить правила правой и левой руки с помощью упражнений;

закрепить знания по предыдущим темам;

научить применять знания, полученные на уроке;

показать связь с жизнью;

расширить межпредметные связи.

Воспитательные:

формировать интерес к предмету, к учебе, воспитывать инициативу, творческое отношение, воспитывать добросовестное отношение к учебе, прививать навыки, как самостоятельной работы, так и работы в коллективе, воспитывать познавательную потребность и интерес к предмету.

Развивающие :

развивать физическое мышление учащихся, их творческие способности, умение самостоятельно формулировать выводы, расширять познавательный интерес путем привлечения дополнительного материала, а также потребности к углублению и расширению знаний;

развивать речевые навыки;

формировать умения выделять главное, делать выводы, развивать способность быстро воспринимать информацию и выполнять необходимые задания; развивать логическое мышление и внимание, умение анализировать, сопоставлять полученные результаты, делать соответствующие выводы.

Этапы урока:

1. Организационный момент – 2 мин.
2. Проверка домашнего задания, знаний и умений – 6 мин.
3. Объяснение нового материала – 18 мин.
4. Закрепление. Решение задач – 15 мин.
5. Итоги. Выводы. Домашнее задание – 4 мин.

ХОД УРОКА

I . Проверка домашнего задания, знаний и умений – 6 мин

Слайд 2.

1. Магнитное поле порождается______________ (электрическим током).

2. Магнитное поле создается ______________заряженными частицами (движущимися).

3. За направление магнитной линии в какой-либо ее точке условно принимают направление, которое указывает _________полюс магнитной стрелки, помещенной в эту точку (северный).
4.Магнитные линии выходят из _________ полюса магнита и входят в ________. (Северного, южный).

Поменялись листочками и проверили друг друга. На экране высвечиваются правильные ответы.

Слайд 3.

Правильных ответов: 4 ответов– 5 баллов, 3 ответа – 4 балла, 2 ответа – 3 балла, 0-1 ответа – 2 балла.

II . Объяснение нового материала – 15 мин

Слайд 4.

Учитель: Как можно обнаружить магнитное поле? Оно не действует на наши органы чувств – не имеет запаха, цвета, вкуса. Мы не можем, правда, с уверенностью утверждать, что в животном мире нет существ, чувствующих магнитное поле. В США и Канаде для отгона осьминог с места скопления мальков на реках, впадающих в Великие озера, установлены электромагнитные барьеры. Ученые объясняют способность рыб ориентироваться в просторах океана их реакцией на магнитные поля…

Сегодня на уроке мы изучим, как обнаружить магнитное поле по его действию на электрический ток и изучим правило левой руки.

На всякий проводник с током, помещенный в магнитное поле и не совпадающий с его магнитными линиями, это поле действует с некоторой силой, наличие такой силы можно посмотреть с помощью такого опыта: проводник подвешен на гибких проводах, который через ключ присоединен к аккумуляторам. Проводник помещен между полюсами подковообразного магнита, т. е. находится в магнитном поле. При замыкании ключа в цепи возникает электрический ток, и проводник приходит в движение. Если убрать магнит, то при замыкании цепи проводник с током двигаться не будет. (Демонстрация опыта)

Слайд 5.

Если ученики смогут сами ответить : Значит, со стороны магнитного поля на проводник с током действует некоторая сила, отклоняющая его от первоначального положения. Эта сила получила название силы Ампера.

Выясним, от чего зависит направление силы Ампера, действующей на проводник с током в магнитном поле. Опыт показывает, что при изменении направления тока изменяется и направление движения проводника, а значит, и направление действующей на него силы.

Направление силы изменится и в том случае, если, не меняя направления тока, поменять местами полюсы магнита (т. е. изменить направление линий магнитного поля).
Следовательно, направление тока в проводнике, направление линий магнитного поля и направление силы, действующей на проводник, связаны между собой.

Слайд 6.

Направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле, можно определить, пользуясь правилом левой руки. В наиболее простом случае, когда проводник расположен в плоскости, перпендикулярной линиям магнитного поля, это правило заключается в следующем: 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 90 ° большой палец покажет направление действующей на проводник силы.

Ученики: за направление тока во внешней части электрической цепи (т.е. вне источника тока) принимается направление от положительного полюса источника тока к отрицательному.

Пользуясь правилом левой руки, можно определить не только направление силы, действующей в магнитном поле на проводник с током. По этому правилу мы можем определить направление тока (если знаем, как направлены линии магнитного поля и действующая на проводник сила), направление магнитных линий (если известны направления тока и силы), знак.
Сила действия магнитного поля на проводник с током равна нулю, если направление тока в проводнике совпадает с линиями магнитного поля или параллельны им.

Слайд 7.

Использование силы Ампера в технике:

Электродвигатели;

Электроизмерительные приборы;

Громкоговорители, динамики.

IV . Закрепление материала. Решение задач – 15 мин.

Слайд 8.

Слайд 9.

Слайд 10.

Учитель: Упр. 36 (1). В какую сторону покатится легкая алюминиевая трубочка при замыкании цепи?

Ученики дают ответы: по правилу левой руки линии магнитного поля входят в ладонь, электрический ток течет по трубочке, значит, трубочка покатится к источнику тока.

Итоги

Сегодня на уроке мы изучили, как обнаружить магнитное поле по его действию на электрический ток. Изучили силу Ампера и ее применение в технике. Рассмотрели правило левой руки для определения направления силы Ампера.

Слайд 11.

V . § 46, упр. 36 (2, 3, 4, 5).

Просмотр содержимого презентации

«9 класс _Правило левой руки_»

Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило левой руки. Сила Ампера.

Вставьте пропущенные слова.

• 1.Магнитное поле порождается ___________ .
• 2 . Магнитное поле создается ______________ заряженными частицами.
• 3. За направление магнитной линии в какой-либо ее точке условно принимают направление, которое указывает _________ полюс магнитной стрелки, помещенной в эту точку.
• 4.Магнитные линии выходят из _________ полюса магнита и входят в ________.

• 1. Магнитное поле порождается электрическим током .
• 2 . Магнитное поле создается движущимися заряженными частицами.
• 3. За направление магнитной линии в какой-либо ее точке условно принимают направление, которое указывает северный полюс магнитной стрелки, помещенной в эту точку.
• 4. Магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный .

• Со стороны магнитного поля на проводник с током действует некоторая сила, отклоняющая его от первоначального положения.
• Направление тока в проводнике, направление линий магнитного поля и направление силы, действующей на проводник, связаны между собой.
• Эта сила получила название силы Ампера (F A).

• Правило 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 90° большой палец покажет направление действующей на проводник силы Ампера.

• Как будет двигаться проводник, изображенный на рисунке. Направление тока показано стрелками.

• Между полюсами магнитов расположены проводники с током. Как движется каждый из них?

• Упражнение 36. Задание № 1.

• Упражнение 36 (2,3,4,5) письменно в тетрадке

Слайд 1

Описание слайда:

Слайд 2

Описание слайда:

Слайд 3

Описание слайда:

Слайд 4

Описание слайда:

Слайд 5

Описание слайда:

Слайд 6

Описание слайда:

Слайд 7

Описание слайда:

Теперь перейдем к определению полюсов катушки с током. Мы должны опять аналогичным способом определить направление тока. После этого делаем почти то же самое, только пальцы оставляем более прямыми, но подогнутыми. Подходим к нашей катушке и пальцы (все, кроме оттопыренного большого) направляем по направлению тока в ней т.е наши пальцы стали как бы не целыми витками катушки). При этом большой палец показывает направление на северный полюс катушки. Теперь перейдем к определению полюсов катушки с током. Мы должны опять аналогичным способом определить направление тока. После этого делаем почти то же самое, только пальцы оставляем более прямыми, но подогнутыми. Подходим к нашей катушке и пальцы (все, кроме оттопыренного большого) направляем по направлению тока в ней т.е наши пальцы стали как бы не целыми витками катушки). При этом большой палец показывает направление на северный полюс катушки. P.S. Небольшое отступление) палец так же показывает направление магнитных линий ПРОХОДЯЩИХ СКВОЗЬ катушку, И наоборот – показывает направление ПРОТИВОПОЛОЖНОЕ линиям проходящим вне катушки и «входящих в ее южный полюс.

Слайд 8

Описание слайда:

Слайд 9

Описание слайда:

Слайд 10

Описание слайда:

Почему Вселенная принципиально леворукая?

В нашей Вселенной левая рука, отраженная в зеркале или пруду, кажется правой рукой. В то время как большинство … [+] законы природы симметричны относительно отражений и подчиняются тем же правилам, а слабые взаимодействия — нет. Почему-то слабо взаимодействуют только левые частицы; правши — нет.

getty

Когда вы машете себе в зеркало, ваше отражение возвращается. Но рука, которой ваше отражение машет в ответ, — это рука, противоположная той, которой вы машете.Это не представляет проблемы для большинства из нас, так как мы могли бы так же легко выбрать противоположную руку, чтобы помахать ей, и тогда наше отражение тоже махнуло бы в ответ противоположной рукой. Но для Вселенной — и, в частности, для любой частицы, испытывающей взаимодействие посредством слабого взаимодействия, — некоторые взаимодействия происходят только для левой версии. Правых версий, несмотря на все наши попытки найти их, просто не существует.

Но почему? Почему Вселенная обладает этим свойством и почему оно проявляется только для слабых взаимодействий, в то время как сильные, электромагнитные и гравитационные взаимодействия совершенно симметричны между левыми и правыми конфигурациями? Это факт, который был научно продемонстрирован эмпирически множеством способов, и новые эксперименты готовы еще больше проверить это предположение.Несмотря на то, что это хорошо описано физикой Стандартной модели, никто не знает, почему Вселенная такая. Вот что нам известно.

Переход через квантовый барьер известен как квантовое туннелирование, одно из странных свойств … [+] присущих квантовой механике. Сами отдельные частицы обладают определенными характеристиками, такими как масса, заряд, спин и т. Д., Которые присущи им, и не меняются даже при их измерении.

AASF / Университет Гриффита / Центр квантовой динамики

Представьте, что вы вместо человека являетесь частицей.Вы движетесь в пространстве; у вас есть определенные квантовые свойства, такие как масса и заряд; и у вас есть не только угловой момент относительно всех частиц (и античастиц) вокруг вас, но и собственный угловой момент относительно вашего направления движения, известный как спин. Конкретные квантовые свойства, которыми вы обладаете как частица, определяют и определяют именно то, чем вы являетесь.

Используя свои руки, вы можете представить себя как левшой, так и правшей. Начните с того, что возьмитесь за большие пальцы и направьте их в одном направлении: в любом направлении, которое вы выберете, но в том же направлении, что и друг друга.Теперь согните пальцы в направлении, указанном большим пальцем. Если вы посмотрите на свои большие пальцы, как если бы они шли «навстречу» вам, вы могли бы увидеть разницу во вращении: все левые частицы вращаются по часовой стрелке, а правые — все вращаются. против часовой стрелки.

Левая поляризация присуща 50% фотонов, а правая поляризация присуща … [+] остальным 50%. Всякий раз, когда создаются две частицы (или пара частица-античастица), их спины (или собственные угловые моменты, если хотите) всегда суммируются, так что общий угловой момент системы сохраняется.Нет никаких стимулов или манипуляций, которые можно было бы выполнить, чтобы изменить поляризацию безмассовой частицы, такой как фотон.

ОБЩИЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ КАРИМИ / ВИКИМЕДИА

В большинстве случаев физике все равно, в какую сторону вы вращаетесь; законы и правила такие же. Волчок подчиняется одним и тем же законам физики независимо от того, вращается ли он по часовой стрелке или против нее; планета, которая вращается вокруг своей оси, подчиняется одним и тем же правилам, независимо от того, вращается ли она в том же направлении или в противоположном направлении своей орбиты; Вращающийся электрон, который каскадно спускается на более низкий энергетический уровень в атоме, будет излучать фотон независимо от того, в каком направлении вращается электрон.В большинстве случаев законы физики таковы, что мы называем симметричными влево-вправо.

Эта «зеркальная симметрия» — один из трех фундаментальных классов симметрий, которые мы можем применить к частицам и законам физики. В начале двадцатого века мы думали, что существуют определенные симметрии, которые всегда сохраняются, и три из них:

• четность (P) симметрия, утверждающая, что законы физики одинаковы для всех частиц, как и для их зеркальных отражений,
• симметрия зарядового сопряжения (C), где законы физики для частиц такие же, как и для античастиц,
• и симметрия обращения времени (T), которая гласит, что законы физики одинаковы, если вы рассматриваете систему, движущуюся вперед во времени, по сравнению с системой, движущейся назад во времени.

Согласно всем классическим законам физики, а также общей теории относительности и даже квантовой электродинамике эти симметрии всегда сохраняются.

Природа не является симметричной между частицами / античастицами, или между зеркальными отображениями частиц, или … [+] и тем, и другим вместе. До обнаружения нейтрино, которые явно нарушают зеркальную симметрию, слабо распадающиеся частицы предлагали единственный потенциальный путь для выявления нарушений P-симметрии.

E.Сигел / За гранью галактики

Но если вы хотите узнать, действительно ли Вселенная симметрична при всех этих преобразованиях, вы должны проверить это всеми возможными способами. Мы получили первый намек на то, что что-то может быть не так с этой картиной в 1956 году: в год, когда мы экспериментально открыли нейтрино. Эта частица была предложена еще в 1930 году Вольфгангом Паули как крошечный нейтральный новый квант, который мог уносить энергию во время радиоактивных распадов. По его предложению, весьма цитируемый Паули посетовал,

.

«Я совершил ужасный поступок, я предположил, что частица не может быть обнаружена.”

Поскольку нейтрино, как было предсказано, будут иметь такое крохотное поперечное сечение, когда дело доходит до взаимодействия с нормальной материей, Паули не мог представить себе реалистичного способа их обнаружения, когда впервые предложил их. Но спустя десятилетия ученые не только освоили расщепление атома, но и ядерные реакторы стали обычным явлением. Эти реакторы — по предложению Паули — должны производить в большом количестве аналог нейтрино из антивещества: антинейтрино. Благодаря установке детектора рядом с ядерным реактором, первое обнаружение антинейтрино произошло в 1956 году, 26 лет спустя.

Фред Рейнс (слева) и Клайд Коуэн (справа) за штурвалом эксперимента в Саванна-Ривер, который … [+] открыл электронный антинейтрино в 1956 году. Все антинейтрино правые, а все нейтрино — правые. левша, без исключений. Хотя Стандартная модель описывает это точно, нет фундаментальной причины, почему это так.

Лос-Аламосская национальная лаборатория

Однако в этих антинейтрино было замечено кое-что интересное: каждый из них был правым, и его вращение было направлено против часовой стрелки, если смотреть «в сторону» его движения.Позже мы также начали обнаруживать нейтрино и обнаружили, что каждое из них было левосторонним, со своим вращением, ориентированным по часовой стрелке, когда его направление движения было к вам.

На первый взгляд это измерение может показаться невозможным. Если нейтрино (и антинейтрино) настолько сложно измерить, что они крайне редко взаимодействуют с другой частицей, то как мы можем измерить их спины?

Ответ заключается в том, что мы узнаем их спины не путем прямого измерения, а, скорее, путем изучения частиц, выходящих после взаимодействия, а также их свойств.Мы делаем это для всех частиц, которые мы не можем измерить напрямую, включая бозон Хиггса, который в настоящее время известен как единственная фундаментальная частица со спином 0,

.

Наблюдаемые каналы распада Хиггса в сравнении со Стандартной моделью, включая последние данные ATLAS … [+] и CMS. Соглашение поразительное, но в то же время разочаровывающее. К 2030-м годам на LHC будет примерно в 50 раз больше данных, но точность многих каналов распада будет по-прежнему известна лишь нескольким процентам.Коллайдер будущего может увеличить эту точность на несколько порядков, обнаружив существование потенциальных новых частиц.

Андре Давид, через Twitter

Как мы это делаем?

Хиггс иногда распадается на два фотона со спином +1 или -1. Когда вы измеряете фотоны, это говорит вам, что Хиггс имеет спин либо 0, либо 2, потому что вы можете сложить или вычесть эти спины фотонов, чтобы получить либо 0, либо 2. С другой стороны, Хиггс иногда распадается на кварк. пара антикварков, где каждый кварк / антикварк имеет спин + ½ или -½.Добавляя или вычитая эти спины, мы можем получить либо 0, либо 1. С помощью одного измерения мы бы не узнали спин бозона Хиггса, но со всеми этими измерениями вместе, только 0 остается жизнеспособным вариантом для его спина. .

Подобные методы использовались для измерения вращения нейтрино и антинейтрино, и — что довольно удивительно для большинства — они обнаружили Вселенную, которая в зеркале не такая, как в нашей реальности. Если вы поместите левое нейтрино в зеркало, оно будет выглядеть правым, так же как ваша левая рука кажется правой рукой в ​​зеркале.Но в нашей Вселенной нет ни правых нейтрино, ни левых антинейтрино. Почему-то Вселенная заботится о ручности.

Если вы поймаете нейтрино или антинейтрино, движущиеся в определенном направлении, вы обнаружите, что его … [+] собственный угловой момент демонстрирует вращение либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки, в зависимости от того, является ли рассматриваемая частица нейтрино или антинейтрино. Существуют ли правые нейтрино (и левосторонние антинейтрино) или нет — это вопрос без ответа, который может раскрыть множество загадок космоса.

ГИПЕРФИЗИКА / R NAVE / ГРУЗИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Как нам понять это?

Теоретики Цзун Дао Ли и Чен Нин Ян выдвинули идею законов четности и показали, что, хотя четность оказалась превосходной симметрией, которая сохраняется для сильных и электромагнитных взаимодействий, она не была должным образом проверена — и может следовательно, будут нарушены — слабые взаимодействия. Слабые взаимодействия — это любые взаимодействия, которые включают распад, при котором один тип частиц превращается в другой, например, мюон становится электроном, странный кварк становится верхним кварком или нейтрон распадается на протон (когда один из его нижних кварков распадается на до кварка).

Если бы четность сохранялась, то слабые взаимодействия в целом (и каждый слабый распад в частности) одинаково взаимодействовали бы как с левыми, так и с правыми частицами. Но если четность нарушена, возможно, слабое взаимодействие будет взаимодействовать только с левыми частицами. Если бы только был экспериментальный способ сказать.

Chien-Shiung Wu (слева) сделал замечательную и выдающуюся карьеру в качестве физика-экспериментатора, … [+] сделав много важных открытий, которые подтвердили (или опровергли) множество важных теоретических предсказаний.Тем не менее, она никогда не была удостоена Нобелевской премии, даже несмотря на то, что другие, кто выполнял меньше работы, были номинированы и выбраны раньше нее.

В соотв. 90-105 — Научная служба, отчеты, 1920-1970-е годы, Архив Смитсоновского института

В 1956 году Цзян-Шиунг Ву взял образец кобальта-60, радиоактивного изотопа кобальта, и охладил его до абсолютного нуля. Известно, что кобальт-60 распадается на никель-60 посредством бета-распада: при слабом распаде один из нейтронов ядра превращается в протон, испуская электрон и антинейтрино.Приложив к кобальту магнитное поле, она смогла выровнять все атомы кобальта-60 вдоль одной оси вращения.

Если бы четность была сохранена, то вы бы с такой же вероятностью увидели бы электроны, также известные как бета-частицы, испускаемые выровненными по оси вращения, так же как если бы вы увидели бы их анти-выровненные с осью вращения. Но если бы четность была нарушена, испускаемые электроны были бы асимметричными. Получив грандиозный результат, Ву продемонстрировал, что не только испускаемые электроны были асимметричными, но они были примерно настолько асимметричными, насколько это теоретически возможно.Несколько месяцев спустя Паули написал Виктору Вайскопфу, заявив, что

«Я не могу поверить, что Бог — слабый левша».

Четность, или зеркальная симметрия, является одной из трех фундаментальных симметрий Вселенной, наряду с … [+] симметрией обращения времени и зарядового сопряжения. Если частицы вращаются в одном направлении и распадаются вдоль определенной оси, то переворачивание их в зеркале должно означать, что они могут вращаться в противоположном направлении и распадаться вдоль той же оси. Было замечено, что это не относится к слабым распадам, что является первым признаком того, что частицы могут иметь внутреннюю «хиральность», и это было обнаружено мадам Чиен-Шиунг Ву.

Э. Сигель / За гранью галактики

Но слабое взаимодействие действительно действует только на левые частицы, по крайней мере, насколько мы это измерили. Это поднимает интересный вопрос о том, что мы не измеряли: когда фотоны участвуют в слабом взаимодействии, играют ли роль левосторонние и правосторонние фотоны или только левосторонние? Например, у вас может быть преобразование нижнего (b) кварка в странный кварк в слабых взаимодействиях, которые обычно происходят без фотона как части смеси.Однако, даже если он подавлен, крошечная доля b-кварков превратится в s-кварк с дополнительным фотоном: менее 1 из 1000. Хотя это бывает редко, это можно изучить.

Согласно ожиданиям, этот фотон всегда должен быть левым: в соответствии с тем, как мы ожидаем, что четность будет работать (и будет нарушаться для слабых взаимодействий) в Стандартной модели. Но если даже иногда позволить фотону быть правым, мы сможем найти еще одну трещину в нашем нынешнем понимании физики.Определенные предсказанные распады могли:

• показывают удивительную поляризацию фотона,
• имеют разные ставки по сравнению с прогнозом,
• или может показывать асимметрию зарядового паритета (CP).

Коллаборация LHCb в ЦЕРНе — лучшее место на Земле для изучения этой возможности, и они только что наложили самое сильное ограничение на отсутствие правосторонних фотонов. Если график ниже когда-либо улучшится до точки, в которой исключена центральная точка (0,0), это будет означать, что мы открыли новую физику.

Действительная и мнимая части отношения правого (C7-простое) и левого (C7) … [+] Коэффициенты Вильсона в физике частиц должны оставаться в точке (0,0), если Стандартную модель следует считать правильной. Измерения различных распадов с участием нижних кварков и фотонов помогают наложить самые жесткие ограничения на это, и коллаборация LHCb готова провести еще более точные измерения в ближайшем будущем.

CERN / LHCb Сотрудничество

Совершенно верно, что мы можем описать Вселенную как совершенно симметричную между зеркальными отражениями, заменой частиц античастицами и взаимодействиями, идущими вперед или назад во времени, для каждой силы и взаимодействия, о которых мы знаем, кроме одного.Однако в одних только слабых взаимодействиях и слабых взаимодействиях ни одна из этих симметрий не сохраняется. Что касается слабых взаимодействий, каждое измерение, которое мы когда-либо проводили, показывает, что Паули все еще не верил бы сегодня: более чем через 60 лет после того, как нарушение четности было впервые обнаружено, слабое взаимодействие все еще связывается исключительно с левым — переданные частицы.

Поскольку нейтрино обладают массой, один из самых замечательных экспериментов, которые нужно провести, — это путешествие, очень близкое к скорости света: обгон левостороннего нейтрино, так что с вашей точки зрения кажется, что его вращение меняется на противоположное.Не проявит ли он вдруг свойства правого антинейтрино? Будет ли он правым, но при этом вести себя как нейтрино? Какими бы ни были его характеристики, он может раскрыть новую информацию о фундаментальной природе нашей Вселенной. Пока не наступит этот день, косвенные измерения — такие как те, что происходят в ЦЕРНе, и поиски безнейтринного двойного бета-распада — будут нашей лучшей возможностью выяснить, не является ли наша Вселенная такой левосторонней, как мы думаем сейчас.

Все ли нейтрино левши? | All Things Neutrino

Как и люди, нейтрино могут быть правыми или левыми.Левши обрадуются, узнав, что в отличие от человеческой популяции, где леворукость не является нормой, все нейтрино, которые мы когда-либо видели, на самом деле левши. Симметрично, все антинейтрино, которые когда-либо видели ученые, были праворукими.

Может показаться странным вообразить частицы, обладающие «ручностью». Под управляемостью понимаются два свойства частицы: направление ее спина и то, как оно соотносится с направлением движения частицы. Если вы сожмете руки в кулаки и протянете большие пальцы друг к другу, вы увидите примеры правосторонних и левосторонних частиц.У них одинаковое вращение, представленное направлением сгибания ваших пальцев, но противоположные направления движения, представленные тем, куда указывает ваш большой палец.

Еще одна демонстрация: если вы сожмете руки в кулаки и протянете большие пальцы к потолку, вы увидите примеры правосторонних и левосторонних частиц. У них противоположное вращение (потому что ваши пальцы левой руки изгибаются по часовой стрелке, а пальцы правой — против часовой стрелки), но имеют одинаковое направление движения (в какую сторону указывает большой палец).

И снова нейтрино оказались аномалией. Другие частицы, такие как кварки и три других лептона (электрон, мюон и тау), имеют как левую, так и правую версии как материальной частицы, так и их партнера из антивещества.

Это приводит к вопросу: где все правые нейтрино и левые антинейтрино? Это остается загадкой, но ученые подозревают, что — поскольку мы их еще не видели — если эти правые нейтрино существуют, они будут сильно отличаться от левых нейтрино, которые мы знаем и любим.Возможно, они намного тяжелее или не взаимодействуют посредством слабого взаимодействия, а взаимодействуют только посредством гравитации (так называемые «стерильные нейтрино»). Фактически, правые нейтрино — хороший кандидат на роль стерильных нейтрино, на которые намекали в различных экспериментах, но еще не обнаружены. Сейчас многие эксперименты пытаются выяснить, действительно ли существуют эти стерильные нейтрино.

Когда ученые говорят о хиральности и нейтрино, они на самом деле говорят о двух разных, но взаимосвязанных вещах: спиральности и хиральности.Несмотря на то, что понятие спиральности легче понять, когда ученые говорят о левше нейтрино, они, вероятно, имеют в виду хиральность. Эти два термина часто меняют местами, отчасти потому, что есть много общего.

Спиральность — это свойство, подобное спину, энергии или импульсу — это сохраняющаяся величина, но она зависит от системы отсчета. По сути, спиральность — это то, что было описано в основном разделе: это то, как вращение соотносится с движением движения. Спиральность не является неизменным свойством; он меняется в зависимости от того, как вы смотрите на частицу.Представьте левое нейтрино, выставив левый кулак. Если ваше тело неподвижно, а рука движется вправо, нейтрино все равно левое. То есть направление и вращение (изгиб ваших пальцев) — это то, что было бы у левостороннего нейтрино. Но если вы держите левую руку неподвижно и двигаете телом вправо, ваш кулак, кажется, движется влево. Теперь у него есть спин и направление правого нейтрино.

С другой стороны, хиральность — это внутреннее, фундаментальное свойство частицы.Это не зависит от ориентиров или перспективы. Нейтрино могут быть левохиральными или правохиральными. Физики видели только нейтрино, рожденные в левохиральном состоянии, и только правохиральные антинейтрино.

Итак, хиральность встроена, но спиральность — это вопрос перспективы. Что-то, что могло бы обогнать нейтрино — скажем, быстрый фотон — могло бы увидеть изменение спиральности нейтрино. Но поскольку люди не проводят много времени, двигаясь со скоростью света, спиральность и хиральность во многом пересекаются.Отсюда путаница и свободное использование этих двух терминов, когда дело доходит до руки.

Кредит: журнал Symmetry / Sandbox Studio, Чикаго

Если бы нейтрино были безмассовыми и двигались бы со скоростью света, как первоначально думали ученые и как предсказывает Стандартная модель, то их спиральность и хиральность совпадали. Но когда ученые обнаружили, что частицы обладают массой, они были удивлены тем, что правых киральных нейтрино нигде не было. Поскольку ученые никогда не видели правокиральных нейтрино, они могут сделать вывод, что если они действительно существуют, то сильно отличаются от левокиральных нейтрино.Они могут быть очень тяжелыми, не взаимодействовать через слабую силу или и тем, и другим.

Этот вопрос левизны или левой киральности особенно интересен, если нейтрино являются майорановскими частицами: частицами, которые могут функционировать как свои собственные античастицы. Если нейтрино являются майорановскими частицами, то единственное различие между нейтрино и антинейтрино будет их хиральностью. Левокиральные нейтрино были бы тем, что мы сейчас называем «нейтрино», а правокиральные нейтрино — тем, что мы называем «антинейтрино».”

нейтрино Майораны могут помочь объяснить многие вопросы физики нейтрино. Это не только поможет нам понять, где находятся правые киральные нейтрино, но и позволит нейтрино получить свою массу иначе, чем у всех других частиц. Нейтрино невероятно легкие по сравнению со всеми другими частицами с массой, которые получают свой вес за счет взаимодействия с полем Хиггса. Ученые хотят знать, почему поле Хиггса так мало влияет на нейтрино, но, возможно, нейтрино получают свои крошечные массы через совершенно другой механизм.

законов физики (в правилах Мотор Флеминга для левой и правой руки) запускаются божественной механикой (CCP, Code PCPs и CP). Взаимодействие разума и массы является теорией всего.

Законы физики (в моторе, правила Флеминга для левой и правой руки) запускаются Богом ..

DOI: 10.9790 / 7388-0802066591 www.iosrjournals.org 77 | Page

1.8 Происхождение вселенной [7]

ПРОИСХОЖДЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ

ТЕОРИЯ НЕПРЕРЫВНОГО СОЗДАНИЯ —-

ХОЙЛ И НАРЛИКАР ДУМАЮТ, ЧТО НОВАЯ ВЕЩЕСТВО

СОЗДАЕТСЯ ИЗ-ЗА «ВНЕДРЕНИЯ 0002» НА

БАЛАНС 9 РАСШИРЕНИЕ ВСЕЛЕННОЙ

, КОТОРОЙ НАБЛЮДАЛИ АСТРОНОМЕРЫ

.ВНУТРИ «КВАЗИ СТАРС»

ГРАВИТАЦИОННЫЕ КОЛЛАПЫ МОГУТ ОБРАЗОВАТЬСЯ

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ВО ВСЕЛЕННОЙ. ОГРОМНАЯ СВЕТИЛЬНОСТЬ

И РАДИОЭМИССИЯ

ОТ ЭТИХ КВАЗИСТРАЗ, ПОЯВЛЯЮЩИХСЯ НА

БЭ, СИЛОВАЯ ГРАВИТАЦИЯ, НЕ ТАК КАК ОЧЕРЕДНЫЕ

ЗВЕЗДЫ

, КОТОРЫЕ ПОЛУЧАЮТ СВОЮ ЭНЕРГИЮ ИЗ

Вселенная

До возникновения вселенной эти основные строительные блоки (Б.B.Bs), как показано на рис. 3, были в форме тахионов

, как показано на рис. 9 [7]. Это означает, что в то время тахионы были повсюду во вселенной

. Посмотрим на структуру тахионов; он состоит из одной материи B.B.B. (ЯН) и многие энергии

(ИНЬ) B.B.Bs. Первоначально из бесконечных тахионов один стал высшим центром Вселенной. Сообщения

раньше шли от самого высокого центра к остальной части вселенной, а сообщения могли приходить из остальной части вселенной в

наивысший центр вселенной

посредством атомной транскрипции.Таким образом, высший центр питал свою мысль остальной частью

B.B.Bs. которые будут принимать участие в творении — что они будут выражать только те мысли, чтобы дать желаемый эффект, как

, желаемый высшим центром вселенной. Таким образом, все Би-Би-Би были проинформированы об их роли до создания вселенной

. В до-творческую эру программирование будущей вселенной осуществлялось высшим центром вселенной.

Наша вселенная колеблется, и это божественная вселенная.Это означает, что у него есть фаза создания и фаза уничтожения

. На этапе создания тахионы разбиваются на свои B.B.Bs. и из этих B.B.Bs происходит образование фермионов

,

и бозонов, как показано на рис. 3.1. После фазы создания начнется разрушение, и на этой фазе все

созданных частиц снова разорвутся на свои B.B.B и, наконец, сформируются тахионы.

Во время зарождения Вселенной были созданы все эффекты.Эти эффекты принимают различные формы и вид

свойств и законов. Все эти эффекты изучаются в различных областях науки.

С зарождением Вселенной природа сначала создала сферу ХОЛОДНОЙ ТЕМНОЙ МАТЕРИИ (C.D.M) и

каналов

в ней. В результате было создано пространство. На другом конце каналов началась горячая реакция (реликвии —

фоновых излучений 2,7 градуса К наших водородных облаков). В результате образовались водородные облака и множество

излучений.Пустые каналы были заполнены этими водородными облаками и излучениями, и таким образом во Вселенной появилось

КВАЗАРОВ. Одновременно C.D.M. слой начал расширяться, и облака и излучения

продолжали приходить в эту замкнутую вселенную, как показано на рис.9. С течением времени все больше и больше C.D.M.

Образовалось

слоя, образовалось все больше и больше квазаров. Облако водорода появилось в этой замкнутой вселенной. Они начали

бегом в сторону C.D.M. слой, поскольку они были привлечены гравитацией C.D.M. слой. Те облака, которые были на

ближе, двигались быстрее, чем те, которые находились вдали от слоя CDM. Таким образом, можно объяснить

ЗАКОН ХАББЛА. По прошествии некоторого времени облака соединились, чтобы сформировать GMC (гигантские молекулярные облака). Позже

Новое исследование показывает, что вселенная левша | Имперские новости

Направление, в котором частица вращается при распаде под действием фундаментальной силы, показывает, что Вселенная имеет левое смещение, согласно новому исследованию.

Ученые из международной коллаборации LHCb на Большом адронном коллайдере ЦЕРНа изучили поведение определенной частицы при ее распаде под действием одной из четырех фундаментальных сил во Вселенной, известной как слабое ядерное взаимодействие.

Слабое ядерное взаимодействие отвечает за распадающиеся частицы. Команда хотела понять, как слабая сила распадает эту частицу, называемую барионом лямбда b, на более легкие частицы.

Команда стремилась узнать больше о фундаментальном поведении материи во Вселенной и даже поискать новые ключи к разгадке природы темной материи, загадочного вещества, о котором ученые знают только из-за его гравитационного притяжения.

«Рукоятка» Вселенной, в сочетании с различиями между материей и антивеществом, является фундаментальной для того, как наша Вселенная развивалась

— Профессор Ульрик Эгеде

Физический факультет, Имперский колледж Лондона

Лямбда-барион b распадается на различные частицы — протон, мюон и нейтрино. Внутри лямбда b есть еще более мелкие элементы, называемые кварками. Исследователям было интересно узнать, как один конкретный кварк, называемый красавицей, или b-кварком, распадается на кварк другого типа, называемый восходящим кварком.

Измерения, проведенные командой и опубликованные сегодня в журнале Nature Physics, показали, что распад происходит только тогда, когда красивый кварк имеет «левый» спин.

«Наши результаты показывают, что распад действительно ведет себя левосторонним образом. «Рукоятка» Вселенной, в сочетании с различиями между материей и антивеществом, является фундаментальной для того, как наша Вселенная развивалась », — говорит профессор Ульрик Эгеде с факультета физики Имперского колледжа Лондона. «Поскольку слабое взаимодействие — единственная из фундаментальных сил, которые различают правую и левую, мы также можем сказать, что Вселенная имеет левостороннее смещение.

«Хотя эта леворукость предсказывается широко принятой Стандартной моделью физики, в последние годы она также была опровергнута некоторыми физиками», — добавляет профессор Эгеде. «Теперь нам нужно изучить другие распады, чтобы понять, почему прошлые измерения дали противоречивые результаты с чисто левосторонним распадом».

Команда работает в рамках эксперимента по красоте на Большом адронном коллайдере (LHCb), который финансируется в Великобритании в основном Советом по науке и технологиям.Его цель — исследовать природу и поведение прекрасных кварков и использовать эти наблюдения, чтобы попытаться пролить свет на некоторые из самых больших загадок Вселенной, включая природу темной материи.

Ученые ранее предположили, что если в распаде участвуют и правые кварки, это может указывать на то, что во Вселенной действуют другие силы, помимо четырех — гравитации, электромагнетизма, слабого и сильного ядерных — описанных в Стандарте. Модель. Исследование этих других сил может дать важные ключи к разгадке темной материи.

Это исследование важно, потому что оно показывает, что любая новая фундаментальная сила с правой составляющей не участвует в распаде — неудача для физиков, ищущих эти новые силы.

Доктор Грейг Коуэн, физик LHCb из Эдинбургского университета и соавтор статьи, сказал: «Наши результаты демонстрируют явное левостороннее предубеждение, которое уводит нас от этой линии исследования и указывает на то, что нам нужно искать в другом месте. чтобы ответить на эти фундаментальные вопросы о Вселенной.”

Команда продолжит свои эксперименты в ЦЕРНе по изучению других типов распада частиц, чтобы увидеть, можно ли найти доказательства темной материи другими путями.

ссылка

Коллаборация LHCb, 2015. «Определение силы взаимодействия кварков | Vub | с использованием барионных распадов», Nature Physics, doi: 10.1038 / nphys3415

кварков знают, что они слева и справа | Наука

Как электрон взаимодействует с другой материей, зависит от того, в какую сторону он вращается при движении — вправо, как футбольный мяч, брошенный правым квотербеком, или влево, как свиная шкура, брошенная левшой.Теперь физики подтвердили, что кварки — частицы, которые объединяются в тройку, образуя протоны и нейтроны в атомных ядрах, — демонстрируют ту же асимметрию.

Результат может дать физике новое оружие в грандиозной охоте за новыми частицами и силами. Прямо сейчас ученые могут попытаться создать новые массивные частицы, как они это делают на крупнейшем в мире разрушителе атомов — Большом адронном коллайдере (LHC) в Швейцарии. Или они могут искать тонкие намеки на экзотические новые вещи, выходящие за рамки их проверенной стандартной модели, изучая знакомые частицы в мельчайших подробностях.В последнем подходе новый эксперимент дает физикам возможность исследовать определенные виды новых сил, говорит Франк Маас, физик-ядерщик из Университета Йоханнеса Гутенберга в Майнце и Центра исследований тяжелых ионов GSI им. Гельмгольца в Германии. «Для модели определенного типа этот тип эксперимента намного, намного более чувствителен, чем эксперименты на LHC», — говорит Маас.

Материя взаимодействует через четыре силы: электромагнитную силу, которая создает световые и химические связи, сильные ядерные силы, связывающие кварки и ядра, слабые ядерные силы, которые вызывают тип радиоактивного распада, называемый бета-распадом, и гравитацию.(Могут быть и другие; некоторые теоретики предположили, что может существовать и вторая версия слабого взаимодействия.) Одно время физики предполагали, что все силы подчиняются нескольким симметриям. Так, например, физическая система должна вести себя точно так же, как ее зеркальное отображение, симметрия, известная как четность.

Однако в 1957 году физики обнаружили, что четность не соблюдается во взаимодействиях частиц, опосредованных слабым взаимодействием. Например, предположим, что вы нацеливаете вращающиеся вправо электроны на ядра и наблюдаете, как они отскакивают.Если вы посмотрите на крошечный тир в зеркало, вы увидите, как электроны, вращающиеся влево, отскакивают от цели. Итак, если взаимодействие между электроном и ядром было зеркально-симметричным, то рассеяние электронов с правым и левым вращением должно быть одинаковым. И действительно, это именно то, что произошло бы, если бы отрицательно заряженные электроны взаимодействовали с положительно заряженными ядрами только посредством электромагнитной силы.

Но электроны также взаимодействуют с ядрами посредством слабого взаимодействия, которое нарушает четность и не является зеркально-симметричным.В результате электроны с правым и левым вращением по-разному рикошетируют от цели, создавая небольшую асимметрию в их диаграмме рассеяния. Этот эффект был замечен в Национальной ускорительной лаборатории SLAC в Менло-Парке, Калифорния, в 1978 году в эксперименте под названием E122, который помог цементировать тогда появившуюся стандартную модель физиков. Вторая слабая сила, если она существует, должна дать аналогичные однобокие результаты.

А как насчет кварков? Подобно электронам, они могут вращаться в одну или другую сторону, перемещаясь внутри протонов и нейтронов.И, согласно стандартной модели, кварки с правым и левым вращением должны немного по-разному взаимодействовать с входящим электроном, создавая дополнительную асимметрию или нарушение четности, когда спин входящих электронов меняется. Теперь Сяочао Чжэн, физик-ядерщик из Университета Вирджинии в Шарлоттсвилле, и его коллеги заметили этот меньший вклад, как они сообщают сегодня в журнале Nature .

Это был нелегкий подвиг. Чтобы увидеть дополнительную асимметрию, входящий электрон должен ударить по ядру достаточно сильно, чтобы выбросить один кварк, вызвав ливень частиц, как это было сделано в E122, но не в последующих экспериментах.Исследователи должны очень внимательно следить за тем, чтобы они попеременно направляли на цель одинаково интенсивные пучки электронов, вращающихся вправо и влево. Используя ускоритель электронов в Национальном ускорительном комплексе Томаса Джефферсона в Ньюпорт-Ньюсе, штат Вирджиния, исследователи направили 170 миллиардов электронов на мишень из жидкого дейтерия в течение 2 месяцев в 2009 году. После обработки данных они смогли измерить долю в 10000. асимметрия рассеяния достаточно точно, чтобы учесть вклад кварков, хотя и с большой неопределенностью.Результат согласуется с предсказанием стандартной модели.

«Они измерили что-то фундаментальное на кварковом уровне, которое ранее не измерялось», — говорит Уильям Марчиано, теоретик из Брукхейвенской национальной лаборатории в Аптоне, штат Нью-Йорк. Однако Маас отмечает, что результат не такой захватывающий, как мог бы быть. «Они не наблюдали никакой новой физики на уровне своей точности», — говорит он. По словам Мааса, новый результат накладывает более жесткие ограничения на модели, предполагающие наличие второй слабой силы.

Измерение — это еще не конец пути. По словам Чжэна, 101 член экспериментальной группы намерен повторить свои измерения и надеется улучшить их точность как минимум в 5 раз. По ее словам, это должно позволить им испытать новые силы с гораздо большей чувствительностью. Марчиано соглашается, что «это только первый шаг». Он отмечает, что может быть полезно, чтобы асимметрия кварков в стандартной модели была настолько мала, что любое отклонение будет выглядеть относительно большим.

Электронная управляемость влияет на распад молекулы газа

12 сентября 2014 г. & bullet; Physics 7, 94

Эксперименты показывают, что пучки левых или правых электронов не являются равноправными разрушителями молекул, имеющих две зеркальные формы, что подтверждает идею о том, что изначальные космические лучи создавали асимметрию в биологических молекулах.

NHGRI / NIH

Повороты жизни. Космическое излучение может объяснить, почему природная ДНК всегда скручивается, как правосторонний винт.

NHGRI / NIH

Повороты жизни. Космическое излучение может объяснить, почему природная ДНК всегда скручивается, как правосторонний винт. ×

Асимметричная реакция миллиардов лет назад между электронами и предками биомолекул могла бы объяснить, почему сегодняшняя ДНК всегда выглядит как правосторонняя спираль. Теперь исследователи показали, что пучок правых электронов, чьи спин и направление движения совпадают в соответствии с правой рукой, разбивает на части больше правых молекул при низких энергиях, чем левых.В отличие от предыдущих экспериментов, показывающих такую ​​разницу, реакции происходили в газовой фазе и с низкоэнергетическими электронами, что позволило более точно описать электронно-молекулярные взаимодействия. Исследователи говорят, что их результаты являются важным шагом к более прямым проверкам гипотезы о том, что ядерные асимметрии привели к асимметриям в современных биомолекулах.

Многие молекулы имеют как левую, так и правую (хиральную) формы, но природная ДНК всегда правосторонняя.Асимметрия «является одним из немногих нерешенных фундаментальных вопросов в [] естественных науках», — говорит Уве Мейерхенрих, физик-химик из Университета Ниццы-Софии-Антиполис во Франции.

Одно из возможных объяснений исходит из ядерной физики. Радиоактивный распад ядра с большей вероятностью приведет к образованию левого электрона, чем правого — это означает, что он с большей вероятностью будет вращаться в направлении согнутых пальцев вашей левой руки, когда вы укажете большим пальцем левой руки в направлении его движение.Когда эта асимметрия была обнаружена в 1957 году, «она показала нам, что Бог не двуличен», — говорит Тимоти Гей из Университета Небраски в Линкольне.

В самом деле, космические лучи, постоянно пронизывающие Землю, должны производить преобладание этих левосторонних электронов, создаваемых взаимодействием лучей с атмосферой. Гипотеза Вестера-Ульбрихта, предложенная более 50 лет назад, гласит, что эти левосторонние электроны избирательно разрушали одноручные молекулы — скажем, левосторонние предшественники ДНК — что привело к асимметрии в ДНК и других биомолекулах, которые мы наблюдаем сегодня.

Селективность левых электронов среди хиральных биомолекул обычно слишком мала для непосредственного тестирования и предполагается, что она каким-то образом была усилена. Вместо этого исследователи пытались просто продемонстрировать, что поляризованные (правосторонние или левосторонние) электронные пучки могут оказывать заметное воздействие по крайней мере на или хиральных молекул. Различные эксперименты показали такие эффекты, но не раскрыли деталей механизмов. Например, в одном недавнем испытании поляризованные электроны, посланные через твердую пленку, разрывали связи в молекулах правой пленки с другой скоростью, чем это делалось для левосторонних молекул [1].Но быстрые электроны, ударяющиеся о твердое тело, могли вызвать тормозное излучение или взаимодействовать с пленкой иным образом, что могло бы разрушить связи, говорит Гей, поэтому механизм остается неясным.

Теперь он и его коллега из Небраски Джоан Дрейлинг провели аналогичный эксперимент с газовой мишенью. «Они использовали медленные электроны, у которых есть ничтожно малые шансы произвести тормозное излучение», — говорит Гей. «Мы хотели получить очень чистую химическую реакцию».

Исследователи выпустили пучок правых или левых электронов в цилиндр, заполненный газом, состоящим из правых или левых молекул бромкамфора, органической молекулы, которая легко испаряется.Поступающий электрон будет прилипать к молекуле, заставляя ее распадаться на две части в процессе, называемом диссоциативным присоединением электронов, говорит Дрейлинг. Тогда осколок с лишним электроном влетел бы в стенки цилиндра и был бы обнаружен чувствительным измерителем тока.

Команда измерила крошечную разницу в производимом токе в зависимости от того, какая версия бромкамфора использовалась, предполагая, что правые электроны разрушают на 0,03% больше правых молекул, чем их левосторонние аналоги, при самых низких энергиях, которые исследовали исследователи.«Эффект очень мал, — говорит Гей, — но мы абсолютно наблюдаем асимметрию».

До сих пор неясно, почему поляризованные электроны преимущественно распадались на части одной рукой. Но демонстрация того, что они сделали, позволяет исследователям сосредоточиться на деталях с помощью большего количества экспериментов. В любом случае, Дрейлинг и Гей говорят, что результат подтверждает гипотезу Вестера-Ульбрихта, потому что он показывает асимметрию в четко определенной химической реакции, хотя они и признают, что это всего лишь первый шаг перед изучением биологических молекул.«Скачок в биологию огромен», — соглашается Макс Бернштейн, астрохимик из НАСА в Вашингтоне, округ Колумбия.

Эффект небольшой, но Мейерхенрих говорит, что со временем асимметрия могла усилиться. «Такие крошечные эффекты могли [существовать] в самом начале», — говорит он. «Это хорошее начало», — говорит Джейсон Дворкин из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, который с нетерпением ожидает будущих исследований предшественников биомолекул.

Это исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters .

–Мэгги Макки

Мэгги Макки — внештатный научный писатель из Бостона.

Ссылки

1. Р. А. Розенберг, М. Абу Хайджа и П. Дж. Райан, «Хирально-селективная химия, индуцированная спин-поляризованными вторичными электронами с магнитной подложки», Phys. Rev. Lett. 101 , 178301 (2008)

---

Тематические области

Атомная и молекулярная физика

Статьи по теме

Атомная и молекулярная физика

Близкие проходы дают атомам крошечные квантовые удары

19 октября 2021 года

Новый метод, в котором атомы движутся медленно через дифракционную решетку позволяет исследователям измерить крошечное взаимодействие Казимира-Полдера, силу, возникающую из квантовых флуктуаций вакуума.Подробнее »

Атомная и молекулярная физика

Квантовый контроль для спектроскопии ридберговских состояний

18 октября 2021 г.

Заимствуя методы, используемые для квантового контроля химических реакций, исследователи разработали метод изучения ридберговских состояний молекулярных ионов, которые являются относится к астрофизической плазме. Подробнее »

Химическая физика

Суперпозиции киральных молекул

14 сентября 2021 г.

Дифракция волн материи может превратить хиральные молекулы в суперпозиции левых и правых форм, что позволяет проводить новые исследования того, как эти два состояния взаимодействуют с окружающей их средой .Подробнее »

Еще статьи

Нейтрино

Номинальное нейтринное сечение взаимодействия с нуклоном возрастает с увеличением энергии, на что указывают данные справа, процитированные Рольфом. Данные, отображаемые справа, получены при энергиях, намного превышающих диапазон нейтрино от радиоактивного распада. Наклон прямой линии справа при экстраполяции до 1 МэВ дает поперечное сечение, более похожее на 10 -45 м 2 . Это на три порядка больше, чем поперечное сечение, измеренное Cowan & Reines в их новаторском эксперименте.Комментарий Ролфа заключался в том, что эта линейная энергетическая зависимость сечения была для энергий нейтрино большими по сравнению с массовыми энергиями кварков, поэтому экстраполяция на энергии обычного радиоактивного распада требует слишком многого.

Первоначальное обнаружение нейтрино Рейнесом и Коуэном было основано на реакции

Это взаимодействие связано пересечением симметрии с распадом нейтрона, простейшим примером бета-распада.На самом деле это иногда называют «обратным бета-распадом». Таким образом, может показаться, что изучение бета-распада может дать представление о сечении взаимодействия нейтрино.

Подход к вычислению сечения взаимодействия основан на золотом правиле Ферми, и если матричный элемент может быть найден для слабого взаимодействия в одной из этих реакций, он должен быть сопоставимым в другой.

Оценки силы связи слабого взаимодействия получены в результате применения теории бета-распада Ферми в некоторых частных случаях.Крейн делает это, чтобы получить оценку 10 ^-43 см ² = 10 ^-47 м ² для нейтринного сечения в диапазоне энергий бета-распада. Это примерно на 20 порядков меньше сечения рассеяния двух нуклонов при низкой энергии!

С этим номинальным поперечным сечением можно сделать некоторые оценки скорости взаимодействия. Умножение поперечного сечения на плотность нуклонов дает количество взаимодействий на метр, а величина, обратная этой величине, является оценкой длины свободного пробега.Для воды плотностью 1000 кг / м ³ длину свободного пробега нейтрино можно оценить как

Эти расстояния можно сравнить с

световым годом.

Итак, эта оценка длины свободного пробега превышает световой год свинца! Довольно распространенное качественное утверждение в текстах по физике состоит в том, что длина свободного пробега нейтрино составляет около светового года свинца. Гриффитс заявляет, что «нейтрино умеренной энергии может легко проникнуть сквозь свинец на тысячу световых лет (!).«Это сечение также можно использовать для оценки количества событий, которых можно ожидать при данном размере детектора.

Расчет Бахколла потока солнечных нейтрино составляет около 5 x 10 ⁶ / см ² с на поверхности Земли. В так называемой «проблеме солнечных нейтрино» в ранних экспериментах было измерено от одной трети до половины этого количества.