Pravidla ruky ve fyzickém magnetickém poli. Pravidlo pravé ruky pro přímého průvodce. Seznam další literatury

Gimbalovo pravidlo je zjednodušená vizuální ukázka správného násobení dvou vektorů jednou rukou. Geometrie školní kurz znamená povědomí žáků o bodovém produktu. Ve fyzice se často vyskytuje vektor.

Vektorové koncept

Domníváme se, že nemá smysl interpretovat pravidlo gimletu bez znalosti definice vektoru. Je nutné otevřít láhev - znalost správných akcí pomůže. Vektor je matematická abstrakce, která ve skutečnosti neexistuje, přičemž ukazuje naznačené znaky:

1. Směrová čára je označena šipkou.
2. Počátečním bodem bude bod působení síly popsané vektorem.
3. Délka vektoru se rovná modulu síly, pole a dalším popsaným veličinám.

Ne vždy ovlivňujte sílu. Pole je popsáno vektory. Nejjednodušší příklad ukazují školákům učitelé fyziky. Významové linie napětí magnetické pole... Vektory jsou obvykle kresleny podél tangenty. Na ilustracích akce na vodič s proudem uvidíte rovné čáry.

Gimletovo pravidlo

Vektorové veličiny jsou často zbaveny místa aplikace, centra působení jsou volena dohodou. Moment síly vychází z osy ramene. Vyžadováno pro zjednodušení sčítání. Předpokládejme, že na páky různých délek působí nerovnoměrné síly působící na ramena se společnou osou. Výsledek zjistíme jednoduchým sčítáním, odčítáním momentů.

Vektory pomáhají řešit mnoho každodenních problémů a přestože jde o matematické abstrakce, opravdu fungují. Na základě řady pravidelností je možné předpovědět budoucí chování objektu spolu se skalárními veličinami: velikost populace, teplota životní prostředí... Ekology zajímají směry, rychlost letu ptáků. Posun je vektorové množství.

Gimbalovo pravidlo vám pomůže najít křížový součin vektorů. To není tautologie. Prostě výsledkem akce bude také vektor. Kardanové pravidlo popisuje směr, kterým bude šipka ukazovat. Pokud jde o modul, musíte použít vzorce. Gimbalovo pravidlo je zjednodušená, čistě kvalitativní abstrakce složité matematické operace.

Analytická geometrie v prostoru

Každý zná problém: stojící na jedné straně řeky určete šířku kanálu. Zdá se to nepochopitelné pro mysl, lze to rychle vyřešit metodami nejjednodušší geometrie, které studenti studují. Udělejme několik jednoduchých kroků:

1. Na protějším břehu si všimněte výrazného orientačního bodu, imaginárního bodu: kmene stromu, ústí potoka, který se vlévá do potoka.
2. Na této straně kanálu vytvořte zářez v pravém úhlu k linii protější banky.
3. Najděte místo, ze kterého je orientační bod viditelný pod úhlem 45 stupňů k pobřeží.
4. Šířka řeky se rovná vzdálenosti koncového bodu od křižovatky.

Určení šířky řeky metodou podobnosti trojúhelníků

Používáme tangens úhlu. Ne nutně 45 stupňů. Je zapotřebí větší přesnosti - je lepší zaujmout ostrý úhel. Jen tangenta 45 stupňů se rovná jedné, řešení problému je zjednodušeno.

Podobně je možné najít odpovědi na palčivé otázky. I v mikrokosmu ovládaném elektrony. Jednu věc lze říci jednoznačně: nezasvěcenému se pravidlo palce, křížový součin vektorů, zdá nudné, nudné. Šikovný nástroj, který vám pomůže porozumět mnoha procesům. Většinu bude zajímat princip fungování elektromotoru (bez ohledu na design). Lze to snadno vysvětlit pomocí pravidla levé ruky.

V mnoha oborech vědy jdou vedle sebe dvě pravidla: levá ruka, pravá ruka. Vektorový produkt lze někdy popsat tak či onak. Zní to vágně, doporučujeme okamžitě zvážit příklad:

• Řekněme, že se elektron pohybuje. Negativně nabitá částice prochází konstantním magnetickým polem. Je zřejmé, že trajektorie bude ohnuta v důsledku Lorentzovy síly. skeptici budou tvrdit, že podle některých vědců elektron není částice, ale spíše superpozice polí. Heisenbergův princip neurčitosti ale zvážíme jindy. Elektron se tedy pohybuje:

Umístěním pravé ruky tak, aby vektor magnetického pole kolmo vstupoval do dlaně, natažené prsty naznačovaly směr letu částice, ohnuté o 90 stupňů do strany, palec se natáhne ve směru síly. Pravidlo pravé ruky, což je další výraz pravidla gimbalu. Synonymní slova. Ve skutečnosti to zní jinak - jeden.

• Zde je fráze na Wikipedii, která zavání zvláštností. Když se odráží v zrcadle, pravá trojice vektorů se stane levou, pak musíte místo pravé použít pravidlo levé ruky. Elektron letěl jedním směrem, podle metod přijatých ve fyzice se proud pohybuje opačným směrem. Lorentzova síla se odráží v zrcadle, takže je určena pravidlem levé ruky:

Pokud zařídíte levá ruka aby vektor magnetického pole kolmo vstupoval do dlaně, natažené prsty ukazují směr toku elektrického proudu, palec ohnutý o 90 stupňů do strany se vysune, což naznačuje vektor působení síly.

Vidíte, situace jsou podobné, pravidla jsou jednoduchá. Jak si pamatujete, který použít? Hlavní princip neurčitosti fyziky. Křížový součin se vypočítává v mnoha případech, přičemž se uplatňuje jedno pravidlo.

Jaké pravidlo použít

Synonyma slov: ruka, šroub, závěs

Nejprve analyzujme synonymní slova, mnozí si začali klást otázku: Pokud by se zde narativ měl dotýkat kardanu, proč se text neustále dotýká rukou. Představme si koncept správného trojice, správného souřadného systému. Celkem 5 synonym.

Bylo nutné zjistit křížový součin vektorů, ukázalo se: ve škole nefungují. Ujasněme situaci pro zvídavé školáky.

Kartézský souřadný systém

Školní grafy na tabuli jsou kresleny v karteziánském systému Souřadnice X-Y... Vodorovná osa (kladná část) ukazuje doprava - doufejme, že svislá osa - ukazuje nahoru. Učiníme jeden krok a získáme správnou trojku. Představte si: osa Z vypadá od počátku do třídy. Nyní studenti znají definici správné trojice vektorů.

Wikipedie říká: je přípustné vzít levou trojku, pravou, při výpočtu křížového produktu, nesouhlasí. Usmanov je v tomto ohledu kategorický. Se svolením Alexandra Evgenievicha uvádíme přesnou definici: vektorový produkt vektory je vektor, který splňuje tři podmínky:

1. Pracovní modul se rovná produktu moduly původních vektorů sinusem úhlu mezi nimi.
2. Výsledný vektor je kolmý na původní (dva z nich tvoří rovinu).
3. Tři vektory (v pořadí jejich uvedení v kontextu) mají pravdu.

Známe ty správné tři. Pokud je tedy osa X prvním vektorem, Y je druhým, Z bude výsledkem. Proč se tomu říkalo správná trojka? Podle všeho je spojen šrouby, kardanovými závěsy. Pokud otočíte imaginární závěs podél nejkratší dráhy prvního vektoru a druhého vektoru, translační pohyb osy řezného nástroje začne ve směru výsledného vektoru:

1. Kardanové pravidlo platí pro součin dvou vektorů.
2. Gimbalovo pravidlo kvalitativně udává směr výsledného vektoru této akce. Kvantitativně je délka zjištěna uvedeným výrazem (součin modulů vektorů sinusem úhlu mezi nimi).

Nyní to všichni chápou: Lorentzova síla se nachází podle pravidla závitu s levotočivým závitem. Vektory jsou shromažďovány levou trojkou, pokud jsou vzájemně ortogonální (kolmé na sebe), vytvoří se levý souřadný systém. Na tabuli by osa Z ukazovala ve směru pohledu (od publika za zdí).

Jednoduché techniky pro zapamatování gimbalových pravidel

Lidé zapomínají, že Lorentzovu sílu lze snadněji definovat pomocí pravidla levého závěsu. Každý, kdo chce pochopit princip fungování elektromotoru, by měl takové matice cvaknout jako dva nebo dva. V závislosti na konstrukci může být počet rotorových cívek významný nebo obvod degeneruje a stává se z něj veverková klec. Hledačům znalostí pomáhá Lorentzovo pravidlo, které popisuje magnetické pole, kde se pohybují měděné vodiče.

Pro zapamatování si představíme fyziku procesu. Řekněme, že se elektron pohybuje v poli. Pravidlo pravé ruky se používá k nalezení směru síly. Bylo prokázáno, že částice nese záporný náboj. Směr působení síly na vodič je pravidlem levé ruky, připomínáme: fyzici zcela vzali z levých zdrojů, že elektrický proud teče opačným směrem, než kam šly elektrony. A to je špatně. Proto je třeba použít pravidlo levé ruky.

Neměli byste vždy jít do takové divočiny. Zdálo by se, že pravidla jsou matoucí, ne tak docela. K výpočtu se často používá pravidlo pravé ruky úhlová rychlost, který je geometrický součin zrychlení na poloměru: V = ω x r. Vizuální paměť pomůže mnoha:

1. Vektor poloměru kruhové dráhy je směrován ze středu do kruhu.
2. Pokud je vektor zrychlení vzhůru, tělo se pohybuje proti směru hodinových ručiček.

Podívejte, zde opět platí pravidlo pravé ruky: pokud umístíte dlaň tak, aby vektor zrychlení vstupoval do dlaně kolmo, natáhněte prsty ve směru poloměru, palec ohnutý o 90 stupňů bude ukazovat směr pohybu objekt. Stačí jednou nakreslit na papír a pamatovat si alespoň polovinu svého života. Obrázek je opravdu jednoduchý. Více v hodině fyziky si nebudete muset lámat hlavu nad jednoduchou otázkou - směrem vektoru úhlového zrychlení.

Moment síly je určen podobným způsobem. Vychází kolmo na osu ramene, shoduje se se směrem úhlového zrychlení na obrázku popsaném výše. Mnozí se budou ptát: proč je to nutné? Proč není moment moci? skalární? Proč doporučení? PROTI složité systémy není snadné vysledovat interakce. Pokud existuje mnoho os, sil, vektorové přidání momentů pomáhá. Výpočty lze velmi zjednodušit.

Pro ty, kteří byli ve škole špatní ve fyzice, je gimbalovo pravidlo i dnes skutečným „terra incognita“. Zvláště pokud se pokusíte najít definici známého zákona na webu: vyhledávače okamžitě rozdají spoustu záludností vědecká vysvětlení s složitá schémata... Je však docela možné stručně a jasně vysvětlit, z čeho se skládá.

Jaké je gimbalové pravidlo

Vrták - nástroj pro vrtání otvorů

Zní to takto: v případech, kdy se směr kardanu shoduje se směrem proudu ve vodiči při translačních pohybech, pak současně bude směr otáčení kardanové rukojeti s ní identický.

Hledá směr

Abyste na to přišli, musíte si stále pamatovat školní lekce... Učitelé fyziky nám na nich řekli, že elektrický proud je pohyb elementárních částic, které současně nesou svůj náboj po vodivém materiálu. Vzhledem ke zdroji je pohyb částic ve vodiči usměrňován. Pohyb, jak víte, je život, a proto kolem vodiče nevzniká nic jiného než magnetické pole a také se otáčí. Ale jak?

Odpověď je dána tímto pravidlem (bez použití speciálních nástrojů) a výsledek se ukazuje jako velmi cenný, protože v závislosti na směru magnetického pole začne pár vodičů jednat podle zcela odlišných scénářů: buď zatlačte od sebe navzájem, nebo naopak spěchají k sobě.

Používání

Nejjednodušší způsob, jak určit dráhu magnetických siločar, je použít gimbalové pravidlo

Můžete si to představit takto - na příkladu vlastní pravé ruky a nejobyčejnějšího drátu. Dali jsme drát do ruky. Pevně ​​sevřeme čtyři prsty v pěst. Palec směřuje nahoru, jako gesto, kterým dáváme najevo, že se nám něco líbí. V tomto „rozložení“ bude palec jasně ukazovat směr aktuálního pohybu, zatímco ostatní čtyři - dráha magnetických siločar.

Pravidlo je v životě docela použitelné. Fyzici to potřebují k určení směru magnetického pole proudu, k výpočtu mechanického otáčení rychlosti, vektoru magnetické indukce a momentu sil.

Mimochodem, o tom, že pravidlo platí pro většinu různé situaceříká skutečnost, že existuje několik interpretací najednou - v závislosti na zvažovaném každém konkrétním případě.

Pomocí gimbalového pravidla se určují směry magnetických čar (jiným způsobem se jim také říká linie magnetické indukce) kolem vodiče s proudem.

Gimpovo pravidlo: definice

Samotné pravidlo zní takto: když se směr kardanu pohybujícího se dopředu shoduje se směrem proudu ve studovaném vodiči, směr otáčení rukojeti tohoto kardanu je stejný jako směr magnetického pole proudu.

Říká se mu také pravidlo pravé ruky a v této souvislosti je definice mnohem jasnější. Pokud uchopíte drát pravou rukou tak, že se čtyři prsty sevřou v pěst, a palec směřuje nahoru (to je, jak obvykle ukazujeme rukou „třída!“), Palec ukáže, kterým směrem proud se pohybuje a další čtyři prsty - směr čar magnetického pole

Vrtákem se rozumí šroub s pravým závitem. Jsou technologickým standardem, protože představují dokonalou většinu. Mimochodem, stejné pravidlo by bylo možné formulovat na příkladu pohybu hodinových ručiček, protože v tomto směru je zkroucen šroub s pravým závitem.

Použití gimbalového pravidla

Ve fyzice se gimbalové pravidlo používá nejen k určení směru magnetického pole proudu. Například to platí také pro výpočet směru osových vektorů, vektoru úhlové rychlosti, vektoru magnetické indukce B, směru indukční proud se známým vektorem magnetické indukce a mnoha dalšími možnostmi. Ale pro každý takový případ má pravidlo svou vlastní formulaci.

Například pro výpočet součinového vektoru říká: pokud zobrazíte vektory tak, aby se shodovaly na začátku, a přesunete první vektor faktorů do druhého vektoru faktoru, pak kardan pohybující se stejným způsobem bude otočte směrem k vektoru produktu.

Nebo takto bude znít kardanové pravidlo pro mechanické otáčení rychlosti: pokud budete otáčet šroubem ve stejném směru, jako se otáčí těleso, bude šroubovat ve směru úhlové rychlosti.

Takto vypadá gimbalové pravidlo pro moment sil: když se šroub otáčí stejným směrem, jakým síly otáčejí tělo, kardan bude šroubovat ve směru směru těchto sil.

Fyzikální test Pravidlo levé ruky. Detekce magnetického pole jeho účinkem na elektrický proud pro studenty 9. ročníku s odpověďmi. Test obsahuje 10 otázek s výběrem odpovědí.

1. Směr proudu v magnetismu se shoduje se směrem pohybu

1) elektrony
2) negativní ionty
3) pozitivní částice
4) mezi odpověďmi není správná odpověď

2. Čtvercový rám je umístěn v rovnoměrném magnetickém poli, jak je znázorněno na obrázku. Směr proudu v rámečku je označen šipkami.

Síla působící na spodní stranu rámu je směrována

3. Elektrický obvod sestávající ze čtyř přímočarých vodorovných vodičů (1-2, 2-3, 3-4, 4-1) a zdroje stejnosměrného proudu je v rovnoměrném magnetickém poli, jehož siločáry jsou směrovány svisle nahoru (viz. Obr., Pohled výše).

1) vodorovně doprava
2) vodorovně doleva
3) svisle nahoru
4) svisle dolů

4. Elektrický obvod skládající se ze čtyř přímočarých vodorovných vodičů (1–2, 2–3, 3–4, 4–1) a zdroje stejnosměrného proudu je v rovnoměrném magnetickém poli, jehož čáry směřují vodorovně doprava (viz. Obr. Pohled shora).

5. Provoz elektromotoru je založen na

1) účinek magnetického pole na vodič s elektrickým proudem
2) elektrostatická interakce nábojů
3) fenomén sebeindukce
4) akce elektrické pole na elektrický náboj

6. Hlavním účelem elektrického motoru je převést

1) mechanická energie do elektrické energie
2) elektrická energie na mechanickou energii
3) vnitřní energie na mechanickou energii
4) mechanická energie na různé druhy energie

7. Magnetické pole působí silou nenulového modulu na

1) atom v klidu
2) klidový ion
3) ion pohybující se po liniích magnetické indukce
4) ion pohybující se kolmo na linie magnetické indukce

8. Vyberte správná prohlášení.

A. pro určení směru síly působící na kladně nabitou částici by měly být umístěny čtyři prsty levé ruky ve směru rychlosti částice
B. k určení směru síly působící na záporně nabitou částici by měly být čtyři prsty levé ruky umístěny proti směru rychlosti částice

1) pouze A.
2) pouze B
3) jak A, tak B
4) ani A ani B

9. Kladně nabitá částice s horizontálně směrovanou rychlostí proti

1) Svisle dolů
2) Svisle nahoru
3) Na nás
4) Od nás

10. Negativně nabitá částice s horizontálně směrovanou rychlostí proti, letí do oblasti pole kolmo k magnetickým čarám. Kam směřuje síla působící na částice?

1) Nám
2) Od nás
3) Vodorovně doleva v rovině kresby
4) Vodorovně doprava v rovině kresby

Odpovědi na fyzikální testy Pravidlo levé ruky Detekce magnetického pole jeho působením na elektrický proud
1-3
2-4
3-2
4-3
5-1
6-2
7-4
8-3
9-4
10-2

Fyzika pro stupeň 11 (Kasyanov V.A., 2002),
úkol №32
do kapitoly " Magnetismus. Magnetické pole. ZÁKLADNÍ USTANOVENÍ».

Vektor magnetické indukce

Elektrický proud má magnetický účinek Pohybující se náboje tedy generují magnetické pole.

Vektor magnetické indukce- vektor Fyzické množství, jehož směr se v tomto bodě shoduje se směrem označeným v tomto bodě severním pólem volné magnetické šipky.

Velikost vektoru magnetické indukce- fyzikální veličina rovnající se poměru maximální síly působící ze strany magnetického pole na segment vodiče s proudem k součinu aktuální síly a délky segmentu vodiče:

Jednotkou magnetické indukce je tesla (1 T).

Stejnosměrné kardanové pravidlo: pokud je šroub zašroubován ve směru proudu ve vodiči, pak se směr rychlosti pohybu konce jeho držadla shoduje se směrem vektoru magnetické indukce v tomto bodě.

Pravidlo pravé ruky pro stejnosměrný proud: pokud uchopíte vodič pravou rukou a usměrníte ohnutý palec podél proudu, pak špičky zbývajících prstů v tomto bodě ukážou směr indukčního vektoru v tomto bodě.

Princip superpozice magnetických polí: výsledná magnetická indukce v daném bodě je součtem vektorů magnetické indukce vytvořených různými proudy v tomto bodě:

Kardanové pravidlo pro smyčku s proudem (proud smyčky): pokud otočíte rukojetí závěsu ve směru proudu ve smyčce, pak se translační pohyb závěsu shoduje se směrem vektoru magnetické indukce vytvořeného proudem ve smyčce na jeho ose.

Magnetické indukční čáry- přímky, tečny, ke kterým se v každém bodě shodují se směrem vektoru magnetické indukce. Řádky magnetické indukce jsou vždy uzavřeny: nemají začátek ani konec. Magnetické pole je vírové pole, tj. Pole s uzavřené linky magnetická indukce

Magnetický tok (tok magnetické indukce) povrchem určité oblasti - fyzikální veličina rovnající se skalárnímu součinu vektoru magnetické indukce vektorem plochy:

Jednotkou magnetického toku je weber (1 Wb) 1 Wb = 1 T m2.

Ampérův zákon: síla, kterou magnetické pole působí na segment vodiče s proudem v něm umístěným, se rovná součinu aktuální síly, magnetické indukce, délky segmentu vodiče a sinusového úhlu mezi směry proud a vektor magnetické indukce:

V rovnoměrném magnetickém poli má uzavřená smyčka tendenci se etablovat, takže směr její vlastní indukce se shoduje se směrem vnější indukce.

Lorentzova síla je síla působící na nabitou částici pohybující se rychlostí v ze strany magnetického pole B:

kde q je náboj částice a je úhel mezi rychlostí částice a indukcí magnetického pole.

Směr Lorentzovy síly určuje pravidlo levé ruky: pokud je levá ruka umístěna tak, že čtyři natažené prsty ukazují směr rychlosti kladného náboje (nebo opačně k rychlosti záporného náboje) a vektor magnetické indukce vstoupil do dlaně, pak se palec ohnul (v rovině) dlaně) 90 ° bude ukazovat směr síly působící na daný náboj.

Nabitá částice letící do rovnoměrného magnetického pole rovnoběžného s čarami magnetické indukce se pohybuje rovnoměrně po těchto čarách. Nabitá částice, letící do stejnoměrného magnetického pole v rovině kolmé na linie magnetické indukce, se pohybuje v této rovině po kruhu. Paralelní vodiče, kterými proudí proudy v jednom směru, jsou přitahovány a v opačných směrech jsou odpuzovány. Magnetická pole vytvářená proudy I 1, I 2, proudící podél nekonečně dlouhých paralelních vodičů umístěných ve vzdálenosti r od sebe, vedou ke vzniku interakční síly na každém segmentu vodičů o délce Δl

kde k m - koeficient proporcionality, k m = 2 10-7 N / A 2

Jednotkou síly proudu je ampér (1 A) Síla stejnosměrného proudu je 1 A, pokud proud protékající dvěma paralelními vodiči nekonečné délky a zanedbatelné plochy kruhového průřezu, umístěný ve vakuu ve vzdálenosti 1 m od jednoho další, způsobí interakční sílu vodiče o délce 1 m rovnou 2 10-7 N

Indukce magnetického pole klesá s rostoucí vzdáleností k vodiči s proudem Interakce vodičů s proudem je důsledkem magnetická interakce pohybující se náboje ve vodičích Pod vlivem magnetické síly jsou přitahovány protilehlé náboje pohybující se paralelně v opačných směrech a podobné náboje jsou odpuzovány

Indukčnost smyčky(nebo koeficient sebeindukce) - fyzikální veličina rovná koeficientu proporcionality mezi magnetickým tokem oblastí ohraničenou konturou vodiče a proudem ve smyčce. Jednotkou indukčnosti je Henry (1 H)

Energie magnetického pole, vznikne, když proud I protéká vodičem s indukčností L se rovná

Magnetická propustnost média- fyzikální veličina, která ukazuje, kolikrát se indukce magnetického pole v homogenním prostředí liší od magnetické indukce vnějšího (magnetizačního) pole ve vakuu.

Diamagnety, paramagnety, feromagnety- hlavní třídy látek s výrazně odlišnými magnetickými vlastnostmi

Diamagnet látka, ve které je vnější magnetické pole mírně oslabeno (μ<= 1)

Paramagnetický látka, ve které je vnější magnetické pole mírně vylepšeno (μ> = 1)

Feromagnet- látka, ve které je vnější magnetické pole výrazně vylepšeno (μ >> 1)

Magnetizační křivka- závislost vnitřní magnetické indukce na indukci vnějšího magnetického pole

Donucovací síla- magnetická indukce vnějšího pole, potřebná k demagnetizaci vzorku

Magneticky tvrdé feromagnety- feromagnety s vysokou remanentní magnetizací Měkké magnetické feromagnety- feromagnety s nízkou remanentní magnetizací Hysterezní smyčka- uzavřená křivka magnetizace a demagnetizace feromagnetu Curieova teplota- kritická teplota, nad kterou dochází k přechodu látky z feromagnetického stavu do paramagnetického stavu