Правила за ръце във физическото магнитно поле. Правило за дясна ръка за прав водач. Списък на допълнителната литература

Правилото на кардана е опростена визуална демонстрация с една ръка на правилното умножение на два вектора. Геометрия училищен курспредполага осведоменост на учениците за точков продукт. Във физиката често се среща вектор.

Вектор концепция

Ние вярваме, че няма смисъл да се тълкува gimlet правилото при липса на познания за дефиницията на вектора. Изисква се отваряне на бутилка - познаването на правилните действия ще ви помогне. Вектор е математическа абстракция, която не съществува, показваща посочените знаци:

1. Посочна линия, обозначена със стрелка.
2. Изходната точка ще бъде точката на действие на силата, описана от вектора.
3. Дължината на вектора е равна на модула на сила, поле и други описани величини.

Не повлиявайте винаги на силата. Полето е описано с вектори. Най -простият примерсе показват на учениците от учители по физика. Значение на линии на напрежение магнитно поле... Векторите обикновено се изтеглят по допирателната. В илюстрациите на действието върху проводник с ток ще видите прави линии.

Правило на gimlet

Векторните количества често са лишени от място на приложение, центровете на действие се избират по споразумение. Моментът на сила идва от оста на рамото. Изисква се за опростяване на добавянето. Да предположим, че върху лостове с различна дължина се въздейства чрез неравни сили, приложени към раменете с обща ос. Ще намерим резултата чрез просто събиране, изваждане на моментите.

Векторите помагат за решаването на много ежедневни проблеми и въпреки че са математически абстракции, те наистина работят. Въз основа на редица закономерности е възможно да се предскаже бъдещото поведение на обект заедно със скаларни количества: размер на населението, температура заобикаляща среда... Еколозите се интересуват от посоките, скоростта на полет на птиците. Преместването е векторно количество.

Правилото на кардана ви помага да намерите кръстосания продукт от вектори. Това не е тавтология. Просто резултатът от действието също ще бъде вектор. Правилото на кардана описва посоката, към която ще сочи стрелката. Що се отнася до модула, трябва да приложите формули. Правилото на кардана е опростена, чисто качествена абстракция на сложна математическа операция.

Аналитична геометрия в космоса

Всеки знае проблема: заставайки от едната страна на реката, определете ширината на канала. Това изглежда неразбираемо за ума, може да бъде разрешено за нула време чрез методите на най -простата геометрия, които учениците изучават. Нека направим няколко прости стъпки:

1. Забележете забележителна забележителност на отсрещния бряг, въображаема точка: ствол на дърво, устието на поток, който се влива в поток.
2. Направете прорез от тази страна на канала под прав ъгъл спрямо линията на отсрещния бряг.
3. Намерете място, от което забележителността се вижда под ъгъл от 45 градуса спрямо брега.
4. Ширината на реката е равна на разстоянието на крайната точка от кръстовището.

Определяне на ширината на реката по метода на сходство на триъгълници

Използваме допирателната на ъгъла. Не е задължително 45 градуса. Необходима е по -голяма точност - по -добре е да вземете остър ъгъл. Само допирателна от 45 градуса е равно на едно, решаването на проблема е опростено.

По същия начин е възможно да се намерят отговори на горещи въпроси. Дори в микрокосмоса, контролиран от електрони. Едно може да се каже недвусмислено: на непосветените основното правило, кръстосаният продукт на векторите, изглежда скучно, скучно. Удобен инструмент, който да ви помогне да разберете много процеси. Повечето ще се интересуват от принципа на работа на електродвигател (независимо от дизайна). Може лесно да се обясни с помощта на правилото за лявата ръка.

В много клонове на науката две правила вървят едно до друго: лява ръка, дясна ръка. Векторният продукт понякога може да бъде описан по един или друг начин. Звучи неясно, предлагаме незабавно да разгледаме пример:

• Да предположим, че електрон се движи. Отрицателно заредената частица преминава постоянно магнитно поле. Очевидно траекторията ще бъде огъната поради силата на Лоренц. скептиците ще твърдят, че според някои учени електронът не е частица, а по -скоро суперпозиция на полета. Но ще разгледаме принципа на несигурността на Хайзенберг друг път. Електронът се движи:

Поставяйки дясната ръка така, че векторът на магнитното поле да влиза перпендикулярно в дланта, протегнатите пръсти показват посоката на полета на частицата, огъната на 90 градуса встрани, палецът ще се разтегне по посока на силата. Правило на дясната ръка, което е друг израз на правилото на кардана. Синонимични думи. Звучи различно, всъщност - едно.

• Ето една фраза в Уикипедия, която мирише на странност. Когато се отрази в огледало, десният триплет от вектори става ляв, тогава трябва да приложите правилото на лявата ръка вместо на дясната. Електрон полетя в една посока, според методите, възприети във физиката, токът се движи в обратна посока. Сякаш отразено в огледало, така че силата на Лоренц вече се определя от лявото правило:

Ако уговорите лява ръкатака че векторът на магнитното поле да влиза перпендикулярно в дланта, протегнатите пръсти показват посоката на протичане на електрическия ток, огънатият на 90 градуса настрани палец ще се простира, показвайки вектора на действие на силата.

Виждате ли, ситуациите са подобни, правилата са прости. Как си спомняте кой да използвате? Основният принципнесигурността на физиката. Кръстосаният продукт се изчислява в много случаи, като се прилага едно правило.

Какво правило да се прилага

Думи синоними: ръка, винт, кардан

Първо, нека анализираме синонимните думи, мнозина започнаха да се питат: ако тук разказът трябва да докосне кардана, защо текстът постоянно докосва ръцете. Нека въведем концепцията за десен триплет, дясна координатна система. Общо 5 синонима.

Трябваше да се открие кръстосаният продукт на вектори, оказа се: те не работят в училище. Нека изясним ситуацията за любопитни ученици.

Декартова координатна система

Училищните диаграми на дъската се изчертават в декартовата система X-Y координати... Хоризонталната ос (положителната част) сочи надясно - надявам се вертикалната ос - сочи нагоре. Правим една крачка, като правим тройка. Представете си: оста Z гледа от началото на класа. Сега учениците знаят дефиницията на десния триплет от вектори.

Уикипедия казва: допустимо е да се вземат левите тройки, десните, изчислявайки кръстосания продукт, не са съгласни. Усманов е категоричен в това отношение. С разрешение на Александър Евгениевич даваме точно определение: векторен продукт vectors е вектор, който отговаря на три условия:

1. Работен модул е равен на продуктамодули на оригиналните вектори по синуса на ъгъла между тях.
2. Резултатният вектор е перпендикулярен на оригиналния (два от тях образуват равнина).
3. Трите вектора (в реда на споменаването им от контекста) са прави.

Познаваме правилните три. Така че, ако оста X е първият вектор, Y е вторият, Z ще бъде резултатът. Защо го нарекоха правилните три? Очевидно е свързано с винтове, кардани. Ако завъртите въображаемия кардан по най-краткия път на първия вектор-втори вектор, транслационното движение на оста на режещия инструмент ще се случи в посоката на получения вектор:

1. Правилото на кардана се прилага за произведението на два вектора.
2. Правилото на кардана качествено показва посоката на получения вектор на това действие. Количествено дължината се намира от споменатия израз (произведението на модулите на векторите от синуса на ъгъла между тях).

Сега всички разбират: силата на Лоренц се намира според правилото на кардана с лява нишка. Векторите се събират от лявата тройка, ако са взаимно ортогонални (перпендикулярни един на друг), се образува лява координатна система. На черна дъска оста Z ще сочи в посоката на видимост (от публиката зад стената).

Прости техники за запомняне на карданните правила

Хората забравят, че силата на Лоренц е по-лесна за дефиниране с правилото за кардан на лявата нишка. Всеки, който иска да разбере принципа на работа на електродвигател, трябва да щракне върху такива гайки като две или две. В зависимост от дизайна, броят на роторните бобини може да бъде значителен или веригата да се изроди, превръщайки се в клетка на катерица. Търсещите знания са подпомогнати от правилото на Лоренц, което описва магнитното поле, където се движат медни проводници.

За запаметяване ще представим физиката на процеса. Да предположим, че електрон се движи в поле. Правилото на дясната ръка се прилага, за да се намери посоката на силата. Доказано е, че частицата носи отрицателен заряд. Посоката на действие на силата върху проводника е правилото на лявата ръка, припомняме: физиците напълно взеха от левите ресурси, че електрическият ток тече в посоката, противоположна на мястото, където са отишли ​​електроните. И това е погрешно. Следователно трябва да се приложи правилото за лявата ръка.

Не трябва винаги да ходите в такава пустош. Изглежда, че правилата са по -объркващи, не съвсем така. Правилото за дясната ръка често се използва за изчисляване ъглова скорост, кое е геометричен продуктускорение по радиуса: V = ω x r. Визуалната памет ще помогне на много:

1. Векторът на радиуса на кръговия път е насочен от центъра към окръжността.
2. Ако векторът на ускорението е нагоре, тялото се движи обратно на часовниковата стрелка.

Вижте, тук отново важи правилото на дясната ръка: ако позиционирате дланта така, че векторът на ускорението да влезе в дланта перпендикулярно, разтегнете пръстите по посоката на радиуса, палецът, огънат на 90 градуса, ще посочи посоката на движение на обект. Достатъчно е да нарисувате веднъж на хартия, спомняйки си поне половината от живота си. Картината е наистина проста. Повече в урок по физика няма да се налага да се замисляте над прост въпрос - посоката на вектора на ъгловото ускорение.

Моментът на сила се определя по подобен начин. Излиза перпендикулярно на оста на рамото, съвпада с ъгловото ускорение на фигурата, описана по -горе. Мнозина ще попитат: защо е необходимо? Защо моментът на властта не е скаларен? Защо сезиране? V сложни системине е лесно да се проследи взаимодействието. Ако има много оси, сили, векторното добавяне на моменти помага. Изчисленията могат да бъдат значително опростени.

За тези, които са били лоши по физика в училище, правилото на кардана все още е истинска „terra incognita“ и днес. Особено ако се опитате да намерите определението на добре познат закон в мрежата: търсачките веднага ще издадат много сложно научни обясненияс сложни схеми... Въпреки това е напълно възможно накратко и ясно да се обясни от какво се състои.

Какво е правилото на кардана

Свредло - инструмент за пробиване на отвори

Звучи така:в случаите, когато посоката на кардана съвпада с посоката на тока в проводника по време на транслационни движения, тогава в същото време посоката на въртене на дръжката на кардана ще бъде идентична с нея.

Търся посока

За да разберете това, все още трябва да запомните училищни уроци... На тях учителите по физика ни казаха, че електрическият ток е движение елементарни частици, които в същото време носят своя заряд по проводящия материал. Поради източника движението на частици в проводника е насочено. Както знаете, движението е живот и затова около проводника не възниква нищо друго освен магнитно поле, което също се върти. Но как?

Отговорът се дава от това правило (без да се използват специални инструменти), а резултатът се оказва много ценен, тъй като в зависимост от посоката на магнитното поле, няколко проводника започват да действат според напълно различни сценарии: или натиснете отдалечени един от друг или, напротив, се втурват един към друг.

Употреба

Най -лесният начин да определите пътя на линиите на магнитното поле е да приложите правилото на кардана

Можете да си го представите по този начин - като използвате примера на собствената си дясна ръка и най -обикновената жица. Поставяме жицата в ръката. Стискаме плътно четири пръста в юмрук. Палецът сочи нагоре, като жест, който използваме, за да покажем, че харесваме нещо. В това "оформление" палецът ясно ще посочи посоката на текущия поток, докато другите четири - пътя на линиите на магнитното поле.

Правилото е доста приложимо в живота. Физиците се нуждаят от него, за да определят посоката на магнитното поле на тока, да изчислят механичното въртене на скоростта, вектора на магнитната индукция и момента на силите.

Между другото, за това, че правилото важи най -много различни ситуацииказва факта, че има няколко тълкувания едновременно - в зависимост от разглеждания всеки конкретен случай.

С помощта на карданното правило посоките на магнитните линии (по друг начин те се наричат ​​и магнитни индукционни линии) се определят около проводника с ток.

Правилото на Gimbal: Определение

Самото правило звучи така: когато посоката на кардана, движещ се транслационно, съвпада с посоката на тока в разследвания проводник, посоката на въртене на дръжката на този кардан е същата като посоката на магнитното поле на текущ.

Нарича се още дясно правило и в този контекст определението е много по-ясно. Ако хванете жицата с дясната си ръка, така че четири пръста да са стиснати в юмрук, а палецът да сочи нагоре (т.е. както обикновено показваме с ръката си „клас!“), Тогава палецът ще покаже в коя посока токът се движи, а другите четири пръста - посоката на линиите на магнитното поле

Свредло означава винт с дясна резба. Те са стандартът в технологиите, защото представляват перфектното мнозинство. Между другото, същото правило може да бъде формулирано с помощта на примера на движението на стрелката по часовниковата стрелка, защото винт с дясна резба е усукан в тази посока.

Прилагане на карданното правило

Във физиката правилото на кардана се използва не само за определяне на посоката на магнитното поле на тока. Така например, това се отнася и за изчисляване на посоката на аксиални вектори, вектора на ъгловата скорост, вектора на магнитната индукция В, посоката индукционен токс известен вектор на магнитна индукция и много други опции. Но за всеки такъв случай правилото има своя собствена формулировка.

Така например, за да се изчисли векторът на продукта, той казва: ако изобразите векторите така, че да съвпадат в началото, и преместите първия фактор-вектор към втория вектор-фактор, тогава кардана, движещ се по същия начин, ще завъртете към продуктовия вектор.

Или по този начин ще звучи карданното правило за механично въртене на скоростта: ако завъртите винта в същата посока, в която се върти тялото, той ще се завинтва по посока на ъгловата скорост.

Ето как изглежда правилото на кардана за момента на силите: когато винтът се върти в същата посока, в която силите въртят тялото, карданът ще се завинтва по посоката на посочените сили.

Тест по физика Правило за лявата ръка. Откриване на магнитно поле чрез неговия ефект върху електрически ток за ученици от 9 клас с отговори. Тестът включва 10 въпроса с множество възможности за избор.

1. Посоката на тока в магнетизма съвпада с посоката на движение

1) електрони
2) отрицателни йони
3) положителни частици
4) сред отговорите няма правилен отговор

2. Квадратната рамка е разположена в еднородно магнитно поле, както е показано на фигурата. Посоката на тока в рамката е обозначена със стрелки.

Силата, действаща върху долната страна на рамката, е насочена

3. Електрическа верига, състояща се от четири праволинейни хоризонтални проводника (1-2, 2-3, 3-4, 4-1) и източник на постоянен ток, е в еднородно магнитно поле, чиито силови линии са насочени вертикално нагоре (вж. Фиг., Изглед по -горе).

1) хоризонтално надясно
2) хоризонтално вляво
3) вертикално нагоре
4) вертикално надолу

4. Електрическа верига, състояща се от четири праволинейни хоризонтални проводника (1-2, 2-3, 3-4, 4-1) и източник на постоянен ток е в еднородно магнитно поле, чиито линии са насочени хоризонтално надясно (вж. Фиг., Изглед отгоре).

5. Работата на електродвигателя се основава на

1) въздействието на магнитно поле върху проводник с електрически ток
2) електростатично взаимодействие на заряди
3) явлението самоиндукция
4) действие електрическо полеза електрически заряд

6. Основната цел на електродвигателя е да преобразува

1) механична енергияв електрическа енергия
2) електрическа енергия в механична енергия
3) вътрешна енергия в механична енергия
4) механична енергия в различни видове енергия

7. Магнитното поле действа с ненулева модулна сила

1) атом в покой
2) йон в покой
3) йон, движещ се по линиите на магнитната индукция
4) йон, движещ се перпендикулярно на линиите на магнитната индукция

8. Изберете правилното (ите) изявление (и).

А. за да се определи посоката на силата, действаща върху положително заредена частица, четири пръста на лявата ръка трябва да бъдат поставени по посока на скоростта на частицата
Б. за да се определи посоката на силата, действаща върху отрицателно заредена частица, трябва да се поставят четири пръста на лявата ръка спрямо посоката на скоростта на частицата.

1) само А
2) само Б
3) както А, така и В
4) нито A, нито B

9. Положително заредена частица с хоризонтално насочена скорост v

1) Вертикално надолу
2) Вертикално нагоре
3) На нас
4) От нас

10. Отрицателно заредена частица с хоризонтално насочена скорост v, лети в областта на полето, перпендикулярна на магнитните линии. Къде е насочена силата, действаща върху частицата?

1) За нас
2) От нас
3) Хоризонтално вляво в равнината на чертежа
4) Хоризонтално надясно в равнината на чертежа

Тест по физика Отговори Правило от лявата страна Откриване на магнитно поле чрез неговото действие върху електрически ток
1-3
2-4
3-2
4-3
5-1
6-2
7-4
8-3
9-4
10-2

Физика за 11 клас (Касянов В.А., 2002),
задача №32
към глава " Магнетизъм. Магнитно поле. ОСНОВНИ РАЗПОРЕДБИ».

Вектор на магнитната индукция

Електрическият ток има магнитен ефект.Така магнитно поле се генерира от движещи се заряди.

Вектор на магнитната индукция- вектор физическо количество, посоката на която в този момент съвпада с посоката, посочена в тази точка от северния полюс на свободната магнитна стрелка.

Величина на вектора на магнитната индукция- физическа величина, равна на съотношението на максималната сила, действаща от страната на магнитното поле върху сегмент от проводник с ток към произведението на силата на тока и дължината на сегмента на проводника:

Единицата за магнитна индукция е тесла (1 T).

Правило за кардан за постоянен ток:ако винтът се завинтва по посока на тока в проводника, тогава посоката на скоростта на движение на края на ръкохватката му съвпада с посоката на вектора на магнитната индукция в тази точка.

Правило за дясна ръка за постоянен ток:ако хванете проводника с дясната си ръка, насочвайки огънатия си палец по течението, тогава върховете на останалите пръсти в тази точка ще покажат посоката на индукционния вектор в тази точка.

Принципът на суперпозиция на магнитни полета:получената магнитна индукция в дадена точка е сумата от векторите на магнитната индукция, създадени от различни токове в тази точка:

Правило на кардана за контур с ток (ток на контура):ако завъртите дръжката на кардана по посока на тока в контура, тогава транслационното движение на кардана съвпада с посоката на вектора на магнитната индукция, създаден от тока в контура по оста му.

Линии за магнитна индукция- линии, допирателни към които във всяка точка съвпадат с посоката на вектора на магнитната индукция. Линиите на магнитната индукция винаги са затворени: те нямат начало или край. Магнитното поле е вихрово поле, тоест поле с затворени линиимагнитна индукция

Магнитен поток (поток от магнитна индукция)през повърхността на определена площ - физическа величина, равна на скаларното произведение на вектора на магнитната индукция от вектора на площта:

Единицата за магнитен поток е weber (1 Wb) 1 Wb = 1 T m2.

Законът на Ампер:силата, с която магнитното поле действа върху сегмент от проводник с поставен в него ток, е равен на произведението на силата на тока, магнитната индукция, дължината на сегмента на проводника и синуса на ъгъла между посоките на ток и вектор на магнитна индукция:

В еднородно магнитно поле затвореният контур се стреми да се установи, така че посоката на собствената му индукция съвпада с посоката на външната индукция.

Сила на Лоренце силата, действаща върху заредена частица, движеща се със скорост v от страната на магнитното поле В:

където q е зарядът на частицата и е ъгълът между скоростта на частицата и индукцията на магнитното поле.

Посоката на силата на Лоренц определя правило за лявата ръка:ако лявата ръка е разположена така, че четири протегнати пръста да показват посоката на скоростта на положителния заряд (или противоположна на скоростта на отрицателния заряд), а векторът на магнитната индукция влезе в дланта, тогава палецът се огъва (в равнината на дланта) 90 ° ще покаже посоката на силата, действаща върху дадения заряд.

Заредена частица, летяща в еднородно магнитно поле, успоредна на линиите на магнитната индукция, се движи равномерно по тези линии. Заредена частица, летяща в еднородно магнитно поле в равнина, перпендикулярна на линиите на магнитната индукция, се движи в тази равнина по окръжност. Паралелните проводници, през които текат токове в една посока, се привличат, а в противоположни посоки се отблъскват. Магнитните полета, създадени от токове I 1, I 2, протичащи по безкрайно дълги паралелни проводници, разположени на разстояние r един от друг, водят до появата на сила на взаимодействие върху всеки сегмент проводници с дължина Δl

където k m - коефициент на пропорционалност, k m = 2 10 -7 N / A 2

Единицата за сила на тока е ампер (1 A) Силата на постоянния ток е 1 A, ако токът, протичащ през два паралелни проводника с безкрайна дължина и незначителна площ на кръгло напречно сечение, разположен във вакуум на разстояние 1 m от един друг, причинява сила на взаимодействие с дължина на проводника 1 m, равна на 2 10 -7 N

Индукцията на магнитното поле намалява с увеличаване на разстоянието до проводника с ток Взаимодействието на проводници с ток е следствие от магнитно взаимодействиедвижещи се заряди в проводници Под въздействието на магнитна сила се привличат противоположни заряди, движещи се паралелно в противоположни посоки и подобни заряди се отблъскват

Индуктивност на контура(или коефициент на самоиндукция) е физическа величина, равна на коефициента на пропорционалност между магнитния поток през областта, ограничена от контура на проводника, и тока в контура. Единицата за индуктивност е хенри (1 H)

Енергията на магнитното поле,създаден, когато токът I тече през проводника с индуктивност L е равен на

Магнитна пропускливост на средата- физическа величина, която показва колко пъти индукцията на магнитно поле в хомогенна среда се различава от магнитната индукция на външно (намагнитващо) поле във вакуум.

Диамагнети, парамагнети, феромагнетици- основните класове вещества с рязко различаващи се магнитни свойства

Диамагнетиквещество, при което външното магнитно поле е леко отслабено (μ<= 1)

Парамагнитновещество, в което външното магнитно поле е леко засилено (μ> = 1)

Феромагнетик- вещество, в което външното магнитно поле е значително засилено (μ >> 1)

Крива на намагнитване- зависимостта на присъщата магнитна индукция от индукцията на външното магнитно поле

Принудителна сила- магнитната индукция на външното поле, необходима за размагнетизиране на пробата

Магнитно твърди феромагнити- феромагнетици с висока остатъчна магнетизация Меки магнитни феромагнетици- феромагнетици с ниска остатъчна магнетизация Хистерезисен контур- затворена крива на намагнитване и размагнитване на феромагнетик Температура на Кюри- критичната температура, над която настъпва преходът на вещество от феромагнитно състояние в парамагнитно състояние