закон правой и левой руки для магнитного поля

Содержание

1. Общая формулировка правила буравчика
2. Правило правой руки
3. Для одиночного провода
4. Для соленоида
5. Правило левой руки
6. Применение законов буравчика в электротехнике

Для запоминания различных правил и законов в естественных и точных науках придумано множество мнемонических методов. Среди наиболее известных приемов– закон правой руки или тождественное ему правило буравчика.

Общая формулировка правила буравчика

Изначально правило правой руки появилось в математике. Оно применяется, чтобы определить направление результата векторного произведения двух векторов. В отличие от скалярного, результатом которого является число, векторное произведение в итоге дает вектор, который имеет не только величину, но и направление.

Пусть имеется два вектора , для которых надо найти векторное произведение . Длина вектора равна произведению длин каждого на синус между ними. А направление выбирается из двух условий:

• итоговый вектор ортогонален обоим исходным;
• три вектора образуют правую тройку – если смотреть с конца вектора , то кратчайший поворот от должен происходить по часовой стрелке.

Правая и левая тройка векторов

Это сложно запомнить, и не всегда просто представить абстрактно, поэтому приходится прибегать к простому мнемоническому приему. Если на правой руке отогнуть большой палец, а указательный и безымянный расположить в одной плоскости по направлению перемножаемых векторов (исходящих из одной точки) так, чтобы указательный палец соответствовал первому вектору, а безымянный – второму, то отогнутый большой палец укажет направление результирующего вектора.

Правило правой руки для результата векторного произведения

Другая формулировка правила правой руки – в виде правила буравчика. Если перемножаемые векторы нарисовать исходящими из одной точки и вращать первый вектор по кратчайшему направлению в сторону второго, то винт или буравчик, который вращается так же, как и первый вектор, будет двигаться (завинчиваясь) по направлению результирующего вектора.

Как и в первом случае, очевидно, что перемене мест множителей меняется направление итогового вектора. На первый взгляд, эта формулировка менее очевидна и более сложна. Но далее будет видно, что некоторые законы лучше моделировать именно так.

Правило буравчика для векторного произведения

Векторное произведение применяется во многих законах физики и техники, поэтому правило правой руки можно использовать и для запоминания принципов, применительно к величинам, входящих в соответствующие формулы.

Правило правой руки

В электродинамике правило правой руки может быть применено для определения взаимного направления тока и магнитной индукции. Это направление определяется законом Био-Савара.

Для одиночного провода

Этот закон, в частности, гласит, что магнитное поле в точке пространства, создаваемое отрезком проводника, по которому протекает электрический ток, направлено перпендикулярно по отношению и к току, и к направлению на проводник. В векторной форме это можно записать, как , где:

• — магнитная индукция, созданная элементом тока — вектором, направленным по направлению тока;
• — векторное произведение элемента тока на радиус-вектор до точки, в которой определяется магнитная индукция.

Таким образом, направление вектора магнитной индукции определяется векторным произведением элемента тока и радиус-вектора, а, следовательно, для определения этого направления можно использовать правило правой руки.

В данном случае оно применяется в следующей формулировке:

Если указательный палец совпадает с направлением тока в проводнике, а средний палец указывает на точку, в которой вычисляется индукция, то отогнутый большой палец укажет направление линий магнитной индукции.

Отсчет векторов на правой руке можно начать и с другого пальца. Например, если за вектор принять большой палец, а за – указательный, то отогнутый на 90 градусов безымянный совпадет с направлением результирующего вектора. Это можно использовать для нахождения одного из множителей, если известен результат.

Отсчет правой тройки от большого пальца

Например, если известно направление линий магнитной индукции, а требуется определить направление тока, то надо поставить ладонь правой руки так, чтобы линии вектора индукции входили в поверхность ладони. Тогда отогнутый большой палец покажет направление тока.

Определение направления индукционного тока

В этом случае удобно применять и правило буравчика. Если вворачивать буравчик по направлению тока, то вращение рукоятки укажет направление магнитных силовых линий. И наоборот – если известно, как направлены силовые линии магнитного поля вокруг проводника, надо вращать буравчик (или правый винт) в этом направлении. Тогда буравчик будет двигаться в направлении движения тока.

Применение правила буравчика для определения направления тока или направления вектора магнитной индукции

Для соленоида

Правило буравчика можно применить и для определения направления индукции магнитного поля, созданного круговым током. Если вращать буравчик по направлению движения тока контура, поступательное движение покажет направление вектора магнитной индукции. А если мысленно взять круговой проводник с током в правую руку так, чтобы большой палец был направлен по направлению тока, то остальные четыре пальца будут указывать направление вектора индукции магнитного поля.

К вопросу определения направления силовых линий поля, созданного круговым током

Катушку с током (соленоид), можно рассматривать, как несколько последовательно соединенных контуров с круговым током. При протекании тока по ее виткам катушки, вокруг нее будет создаваться магнитное поле. Направление линий поля можно определить по одной из разновидностей правила правой руки:

Если обхватить катушку с током так, чтобы направление четырех пальцев совпало с направлением тока в витках, то отставленный большой палец укажет направление линий магнитной индукции.

В этом случае также говорят, что направление большого пальца указывает на северный полюс электромагнита, которым становится катушка (и ее сердечник, при наличии) во время прохождения по виткам электрического тока.

Применение правила правой руки для соленоида

Правило левой руки

На проводник с током действует сила Ампера. Для определения направления действия силы Ампера можно пользоваться законом левой (но не правой!) руки. Если раскрытую ладонь расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а четыре пальца указывали направление тока, то отставленный большой палец укажет направление действия силы Ампера.

Направление действия силы Ампера

Надо помнить, что за направление тока принято направление движения положительного заряда (противоположно движению электронов).

Сила Ампера является следствием воздействия силы Лоренца на множество носителей отрицательного заряда, движущихся в проводнике. В состав формулы для силы Лоренца, определяющей воздействие магнитного поля на движущуюся заряженную частицу, входит векторное произведение:

, где – векторное произведение скорости частицы на вектор индукции магнитного поля. Но в электротехнике под заряженной частицей в большинстве случаев подразумевается электрон, а он заряжен отрицательно. Следовательно, направление силы меняется на противоположное, и в этом случае применяется закон левой руки.

Чтобы определить направление, с которой сила поля действует на электрон, надо расположить ладонь левой руки таким образом, чтобы силовые линии магнитного поля входили в тыльную сторону ладони (для положительных частиц – в ладонь), а четыре пальца вытянуть по направлению движения частиц. Тогда отогнутый большой палец покажет направление действия силы.

Так определяется направление действия силы Лоренца на носитель положительного заряда

Для наглядности рекомендуем краткое и простое видео.

Применение законов буравчика в электротехнике

Правила левой и правой руки (включая формулировку с буравчиком) применяются в технике там, где надо определить силу, действующую на проводник, летящую частицу, направление действия индукционного тока и т. п. Так, в электронно-лучевой трубке (кинескопе) отклоняющая система действует на поток электронов посредством силы Лоренца. Направление отклонения пучка от прямой линии полета определяется направлением линий магнитной индукции, создаваемой катушками отклоняющей системы. Чтобы создать требуемое отклонение, надо создать соответствующее магнитное поле. А его направление определяется направлением тока в катушках отклоняющей системы. Следовательно, при проектировании отклоняющих систем не обойтись без применения рассмотренных выше правил.

Отклоняющая система электронно-лучевой трубки

Другое применение силы Лоренца – масс-спектрографы. Эти приборы разделяют носителей заряда по величине этого заряда, путем воздействия на них магнитного поля. Чем больше заряд у частицы, тем больше она отклоняется от прямолинейного движения. При разработке подобных устройств также применяются правила правой и левой руки.

Существует огромное количество и других приборов, использующих в работе силы Ампера и Лоренца, законы электромагнитной индукции и т. п. При разработке таких устройств не обойтись без знаний правил буравчика. Кроме того, эти правила необходимо знать для решения задач по физике в рамках среднего и высшего образования.

Правило правой руки и буравчика можно применять не только в электродинамике. Векторное произведение используется во многих правилах физики, включая законы механики. Запомнив принцип, можно использовать этот мнемонический прием и в других областях физики и техники.

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

При решении многих задач, связанных с расчётом электрических величин, необходимо знать линии магнитной индукции относительно электрического тока и наоборот. Для определения ориентации сил и полей часто используют правило буравчика, дающее представление о направлении векторов, магнитном поле и других данных, используемых в электротехнике, физике.

Правило буравчика

Правило буравчика (ПБ), именуемое ещё и правилом штопора, винта сводится к несложному определению. Если кончик буравчика нацелить по направлению тока, то линии магнитной индукции (ЛМИ) сориентируются в том направлении, в котором будет крутиться рукоятка инструмента.

Указанный на рисунке пример отчётливо демонстрирует описанное правило. Воображаемый винт с правосторонней резьбой, кругооборот которого совпадает с линиями магнитного поля (круги красного цвета), указывает на направление тока (стрелка синего цвета).

Это главная и общая формулировка правила, помогающая выявить направление в пространстве нужных для расчётов осевых векторов:

• параметров индукционного тока;
• угловой скорости;
• магнитной индукции.

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.

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: 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

Главное правило

Рассмотренный нами пример является частным случаем алгоритма буравчика. Существует несколько вариантов формулировок правила, применяемых в различных ситуациях.

Общая, или главная формулировка, позволяет распространить данное правило на все случаи. Это вариант мнемонического правила, используемый для определения ориентации результирующей векторного произведения, называемого аксиальным вектором, а также для выбора связанного с этими векторами правого базиса (трёхмерной системы координат), что позволяет определить знак аксиального вектора.

Примечание: правый базис – условное соглашение, согласно которому выбирается декартовая система координат (положительный базис). Иногда полезно пользоваться зеркальным отражением декартовой системы (левый или отрицательный базис).

Главное правило позволяет определить направление в пространстве аксиальных векторов, важных для вычислений:

• угловой скорости;
• параметров индукционного тока;
• магнитной индукции.

Хотя ориентация аксиального вектора является условной, она важна для расчётов: придерживаясь принятого алгоритма выбора, легче производить вычисления, без риска перепутать знаки.

Во многих случаях применяют специальные формулировки, хорошо описывающие частные случаи в конкретной ситуации.

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.

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.

Магнитное поле в соленоиде

Всё вышеописанное справедливо для прямолинейного проводника, но что делать, если проводник смотан в катушку?

Мы уже знаем, что при протекании тока вокруг проводника создается магнитное поле, катушка – это провод, свёрнутый в кольца вокруг сердечника или оправки много раз. Магнитное поле в таком случае усиливается. Соленоид и катушка – это, в принципе, одно и то же. Главная особенность в том, что линии магнитного поля проходят так же как и в ситуации с постоянным магнитом. Соленоид является управляемым аналогом последнего.

Правило правой руки для соленоида (катушки) нам поможет определить направление магнитного поля. Если взять катушку в руку так, чтобы четыре пальца смотрели в сторону протекания тока, тогда большой палец укажет на вектор B в середине катушки.

Если закручивать вдоль витков буравчик, опять же по направлению тока, т.е. от клеммы «+», до клеммы «-» соленоида, тогда острый конец и направление движения как лежит вектор магнитной индукции.

Простыми словами – куда вы крутите буравчик, туда и выходят линии магнитного поля. То же самое справедливо для одного витка (кругового проводника)

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.

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.

Правило буравчика и правой руки

Закон буравчика используется для определения направленности напряженности магнитного поля. Оно работает при условии прямолинейного расположения магнитного поля, относительно проводника с током.

Это правило заключается в совпадении направленности магнитного поля с направленностью рукоятки буравчика, при условии вкручивания буравчика с правой нарезкой в направлении электрического тока. Данное правило применяется и для соленоидов. В этом случае, большой палец, оттопыренный на правой руке, указывает направление линий магнитной индукции. При этом, соленоид обхватывается так, что пальцы указывают направление тока в его витках. Обязательным условием является превышение длиной катушки ее диаметра.

Правило правой руки противоположно правилу буравчика. При обхватывании исследуемого элемента, пальцы в сжатом кулаке указывают направление магнитных линий. При этом, учитывается поступательное движение по направлению магнитных линий. Большой палец, который отогнут на 90 градусов по отношению к ладони, указывает направление тока.

При движущемся проводнике, силовые линии перпендикулярно входят в ладонь. Большой палец руки вытянут перпендикулярно, и указывает направление движения проводника. Оставшиеся четыре оттопыренных пальца, расположены в направлении индукционного тока.

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

В узком понимании, правило буравчика – это мнемонический алгоритм, применяемый для определения пространственного направления магнитной индукции, в зависимости от ориентации электрического тока, возбуждающего магнитное поле.

Данное правило можно сформулировать следующим образом: Если острие буравчика (штопора, винта) направить вдоль вектора тока, то ориентация линий магнитной индукции совпадёт с направлением, в сторону которого вращается ручка буравчика в традиционном исполнении этого инструмента (с правым винтом) [ 1 ] (рис. 1.)

Рис. 1. Правило буравчика для прямого проводника

На рисунке 1 показана схема для простейшего случая: по прямому участку проводника, в сторону от наблюдателя протекает электрический ток (стрелка синего цвета). Условный штопор направлен своим острым концом по вдоль линии по направлению тока. Если представить поступательное движение буравчика вдоль проводника, то направление линий, описываемых рукояткой штопора, совпадут с ориентацией магнитных линий электрического поля.

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).

Специальные правила

Рассмотрим варианты главного правила буравчика для частных случаев. Применение таких правил часто упрощает процесс вычислений.

Для векторного произведения

Расположите векторы так, чтобы их начальные точки совпадали. Для этой ситуации правило буравчика звучит так:

Если один из векторов сомножителей вращать кратчайшим способом до совпадения направлений со вторым вектором, то буравчик, вращающийся подобным образом, будет завинчиваться в сторону, куда указывает векторное произведение.

По циферблату часов

При расположении векторов способом совпадения их начальных точек можно определить направление вектора-произведения с помощью часовой стрелки. Для этого необходимо мысленно двигать кратчайшим путём один из векторов-сомножителей в сторону другого вектора. Тогда, если смотреть со стороны вращения этого вектора по часовой стрелке, то аксиальный вектор будет направлен вглубь циферблата.

Правило буравчика: рисунок (схема)

Рассмотрим наглядные примеры демонстрации правила буравчика на схемах:

Правило буравчика

Использование правила буравчика на схеме

Электромагнитное поле и сила, применение, правило левой руки Флеминга Экзаменационные уроки

СОДЕРЖАНИЕ

• Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле
• Правило левой руки Флеминга
• Применение – двигатели постоянного тока, подвижная катушка Сила, действующая на движущийся заряд в магнитном поле

СИЛА, ДЕЙСТВУЮЩАЯ НА ПРОВОДНИКЕ С ТОКОМ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

Проводник, по которому течет электрический ток, при помещении в магнитное поле испытывает механическую силу. Это можно продемонстрировать, используя схему, показанную ниже. Две металлические рейки закреплены с каждой стороны мощным подковообразным магнитом. Поперек лучей помещен медный стержень. Когда через этот медный стержень пропускают ток, видно, что медный стержень катится вдоль лучей вправо. Если путем регулировки реостата через стержень будет протекать больший ток. Можно заметить, что стержень движется быстрее, поэтому сила на стержне увеличивается при увеличении тока.

Если направление тока изменить на противоположное, поменяв местами соединения на клеммах батареи, стержень будет двигаться влево, в противоположном предыдущему направлению движения.

Если повернуть магнит так, чтобы магнитное поле было параллельно длине стержня, как показано ниже, то можно заметить, что стержень с током остается неподвижным независимо от величины протекающего через него тока. Следовательно, сила на стержне отсутствует.

Направление силы, действующей на проводник с током, расположенный перпендикулярно магнитному полю, определяется правилом левой руки Флеминга, которое формулируется следующим образом:

Если большой, указательный и средний пальцы удерживаются под прямым углом друг к другу с указательным пальцем, указывающим в направлении магнитного поля, а вторым пальцем в направлении тока, тогда большой палец будет указывать в направлении движения (или силы, вызывающей движение).

ОЦЕНКА

Объясните действие силы на проводник с током в магнитном поле?

ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ

1. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Электродвигатель представляет собой устройство для преобразования электрической энергии в механическую. Он состоит из следующих

(i) прямоугольной катушки изолированного провода, известной как якорь,

(ii) сильное магнитное поле, в котором вращается якорь, обеспечивается двумя изогнутыми полюсными наконечниками мощного магнита.

(iii) коллектор, состоящий из разъемного медного кольца, две половины которого изолированы друг от друга.

(iv) две угольные щетки, которые слегка прижимаются к обеим сторонам коллектора с разъемным кольцом

2. ГАЛЬВАНОМЕТР С ПОВОРОТНОЙ КАТУШКОЙ

Этот гальванометр является одним из наиболее чувствительных и точных методов обнаружения или измерения очень малых токов. или потенциальные различия.

Структура:

В основном состоит из:

1. легкая прямоугольная вертикальная катушка ABCD, вращающаяся в подшипниках, украшенных драгоценными камнями, так что она может двигаться в вертикальной плоскости
2. два изогнутых полюсных наконечника подковообразного магнита и сердечник или цилиндр из мягкого железа, вставленный между полюсными наконечниками.
3. две спиральные немагнитные управляющие пружины из фосфористой бронзы, каждая из которых прикреплена к украшенному драгоценными камнями подшипнику или шпинделю. Ток входит или выходит из прямоугольной катушки через эти спиральные пружины. Пружины также обеспечивают управляющую пару.

СТУДЕНЧЕСКИЙ ПРОЕКТ

Нарисуйте конструкции электродвигателя и гальванометра с подвижной катушкой. Объясните принцип работы обоих.

СИЛА, ДВИЖУЩАЯСЯ ЗАРЯДА В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

Сила, действующая на заряд q, движущийся со скоростью v (меньше скорости света) в магнитном поле напряженностью B, определяется по формуле:     

                                 ЗАДАНИЕ ПО ЧТЕНИЮ

Новая школьная физика для старших классов средней школы (M.WAnyakoha, страницы 425-428)

ОБЩАЯ ОЦЕНКА

1. Тело массой 4,0 кг, движущееся со скоростью 2,5 м/с, сталкивается с неподвижным телом массой 0,2 кг. если тела слиплись после столкновения, рассчитайте модуль скорости, с которой они движутся.
2. Тело массой 4,0 кг ускоряется из состояния покоя под действием постоянной силы 9 Н. Какова его скорость, когда он прошел путь 8 м?

НАЗНАЧЕНИЕ НА ВЫХОДНЫЕ

1. В двигателе постоянного тока коммутатор с разъемным кольцом обеспечивает то, что (а) направление тока в катушке меняется на противоположное после каждого полуоборота; (б) ток в катушке меняется на противоположное. постоянный (c) провода, по которым ток поступает в катушку, не запутываются (d) величина тока постепенно увеличивается.
2. Сила, действующая на заряд, движущийся в магнитном поле, равна ……….. скорости заряда (а). обратно пропорциональна     (б) противоположно    (в) прямо пропорциональна  (г) параллельно кг и скорость2,0 X 10 ⁷ мс ^-1 , которая входит перпендикулярно в магнитное поле напряженностью 0,010 Тл (а) 3,2 X 10 ^-14 N (B) 3,2 x 10 ^-12 N (C) 5,2 x 10 ^-24 N (D) 3,5 x 10 0003 ^-12 N
3. Рассчитайте. радиус кругового пути, пройденного электроном в (4) выше. (a) 3,2 x 10 ^-14 M (B) 1,2 x 10 ^-4 M (C) 1,14 x 10 ^-2 M (D) 4,12 x 100003 ^-14 м
4. Когда направление тока в проводнике параллельно магнитному полю, сила проводника …… (а) максимальна (б) перпендикулярна (в) ноль (г) противоположна полю.

ТЕОРИЯ

1. Правило левой руки Флеминга.
2. Объясните, как направление тока в проводнике, помещенном в магнитное поле, влияет на силу, действующую на проводник.

Присоединяйтесь к дискуссионному форуму и выполняйте задание : Найдите вопросы в конце каждого урока. Нажмите здесь, чтобы обсудить свои ответы на форуме

Вы хотите учиться в Великобритании или КАНАДЕ? : Воспользуйтесь нашим БЕСПЛАТНЫМ калькулятором, чтобы узнать, сколько вам нужно будет показать посольству! Это БЕСПЛАТНО Нажмите здесь, чтобы начать путешествие за границу.

Объявление: Получите БЕСПЛАТНУЮ Библию : Обрести истинный покой. Нажмите здесь, чтобы узнать, как получить БЕСПЛАТНУЮ Библию.

Для размещения рекламы/партнерства WhatsApp +2348157171707

Загрузите наше бесплатное мобильное приложение для Android : Сохраняйте свои данные при использовании нашего бесплатного приложения. Нажмите на картинку, чтобы скачать. Нет подписки.

Мы заинтересованы в продвижении БЕСПЛАТНОГО обучения. Расскажите своим друзьям о Stoplearn.com. Нажмите кнопку «Поделиться» ниже!

Правило левой руки Флеминга и правило правой руки Флеминга

Статьи по физике

Правило левой руки Флеминга и правило правой руки Флеминга являются основными правилами, применимыми как к магнетизму, так и к электромагнетизму. Джон Амброз Флеминг открыл их в конце 19 века как простой способ определить направление движения в электродвигателе или направление электрического тока в электрогенераторе.

Важно знать, что эти правила не определяют величину; вместо этого показывать только направление трех параметров (магнитное поле, ток, сила), если известно направление двух других параметров.

Содержание

Что такое правило правой руки Флеминга? Применение правила правой руки Флеминга Что такое правило левой руки Флеминга? Применение правила левой руки Флеминга Разница между правилом левой и правой руки Флеминга Решенные примеры Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея, при движении проводника через магнитное поле в нем индуцируется электрический ток. Правило правой руки Флеминга используется для представления направления индуцированного тока.

Правило правой руки Флеминга гласит, что если расположить большой, указательный и средний пальцы правой руки перпендикулярно друг другу, то большой палец будет указывать в направлении движения проводника относительно магнитного поля, тогда как указательный палец будет указывать в направлении магнитного поля, а средний палец также указывает в направлении индуцированного тока.

Применение правила правой руки Флеминга

Это работа по принципу электромагнитной индукции. Когда катушка вращается между магнитом или когда магнит вращается внутри и снаружи катушки, в катушке индуцируется ток, и правило правой руки Флеминга определяет направление тока.

Что такое правило левой руки Флеминга?

Когда проводник с током помещается во внешнее магнитное поле, на проводник действует сила, перпендикулярная полю и направлению тока. Правило левой руки Флеминга используется для нахождения направления силы, действующей на проводник с током, помещенный в магнитное поле.

Правило левой руки Флеминга гласит, что когда мы располагаем большой, указательный и средний пальцы левой руки, они перпендикулярны друг другу. Большой палец укажет направление силы, действующей на проводник, указательный палец укажет направление магнитного поля, а средний палец укажет направление электрического тока.

Применение правила левой руки Флеминга

1. Когда электрический ток проходит через проводник, он создает цилиндрическое магнитное поле вокруг проводника. Магнитное и электромагнитное поля взаимодействуют, когда внешнее магнитное поле приближается к проводнику с током.
2. Это взаимодействие между током и магнитным полем создает физическую силу.
3. Мы используем это правило, чтобы вычислить направление этой силы. Если средний палец левой руки указывает направление тока, указательный палец представляет направление внешнего магнитного поля, то большой палец левой руки будет указывать направление силы.
4. В электродвигателе постоянного тока электромагнитное поле взаимодействует с магнитным полем, создаваемым постоянными магнитами, и за счет этого взаимодействия возникает физическая сила.
5. Используя это правило, мы можем найти направление этой силы и направление движения двигателя.

Разница между правилом левой и правой руки Флеминга

Правило левой руки Флеминга	Правило правой руки Флеминга
Используется в электродвигателях	Используется в электрогенераторах
Цель этого правила — найти направление магнитной силы, действующей в электродвигателе.	Целью этого правила является определение направления индукционного тока в электрогенераторе.
В правиле левой руки средний палец представляет направление тока.	В правиле правой руки средний палец представляет направление индуцированного тока.

Мы можем заметить, что правило левой руки применимо к двигателям, а правило правой руки — к генераторам. Правило левой руки Флеминга и правило правой руки Флеминга представляют собой пары визуальных мнемоник (мнемоники — это приемы обучения или средства запоминания, такие как аббревиатура, рифма или мысленный образ, помогающие запомнить вещи). Эти правила обычно никогда не используются, кроме как в качестве удобного трюка для определения направления равнодействующей — тока или тяги. Сила Лоренца указывает величину силы в этом направлении, определяемую этими правилами.

Решенные примеры

Q1. Найти направление силы, действующей на протон, если протон движется на восток, входя в однородное магнитное поле в направлении вниз.

Ответ. Дано, что протон движется в восточном направлении, и, следовательно, движение тока в восточном направлении. Направление силы направлено на север, так как магнитное поле действует вниз. Следовательно, мы можем сказать, что направление действия силы направлено на север.

Q2. Определите направление магнитного поля, если электрон движется вертикально вверх, а затем отклоняется к югу из-за однородного магнитного поля.

Ответ.   Как мы знаем, заряд электрона отрицателен. Когда электрон движется вверх, направление тока противоположно, т. е. направление тока направлено вниз. Известно, что сила, действующая на электрон, направлена ​​в южном направлении. Следовательно, направление магнитного поля на восток.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Q1. Кто изобрел правило правой руки?

Ответ. Физик Джон Амброуз Флеминг

Q2. Что обозначает большой палец в правиле правой руки?

Ответ. В правиле большого пальца правой руки большой палец представляет направление тока, а согнутые пальцы представляют направление магнитного поля.

Q3. Правило правой руки для протонов или электронов?

Ответ. Согласно правилу правой руки для магнитной силы сила направлена ​​вниз на отрицательно заряженный электрон.

Q4. Какое правило используется для определения магнитного поля?

Ответ. Правило большого пальца правой руки облегчает определение направления магнитного поля из-за электрического тока вокруг проводника.

В5. Использует ли правило левой руки Флеминга обычный ток?

Ответ. Обычный ток. Электроны текут в противоположном направлении, которое указывает ваш второй палец.

Q6. Какое правило определяет направление индукционного тока?

Ответ. Правило правой руки Флеминга

В7. Какое устройство работает по правилу левой руки Флеминга?

Ответ. Правило левой руки Флеминга используется в двигателе постоянного тока. Это устройство, которое преобразует электрическую энергию в механическую.