Pravila rok v fiziki magnetnega polja. Pravilo desne roke za ravni vodnik. Seznam dodatne literature

Pravilo Gimlet je poenostavljen enoročni vizualni prikaz pravilnega množenja dveh vektorjev. Geometrija šolski tečaj implicira učenčevo zavedanje skalarnega produkta. V fiziki se vektor pogosto srečuje.

Vektorski koncept

Menimo, da brez poznavanja definicije vektorja nima smisla razlagati gimlet pravila. Morate odpreti steklenico - znanje o pravilnih dejanjih vam bo pomagalo. Vektor je matematična abstrakcija, ki v resnici ne obstaja in ima naslednje značilnosti:

1. Usmerjeni segment, označen s puščico.
2. Začetna točka bo točka delovanja sile, ki jo opisuje vektor.
3. Dolžina vektorja je enaka modulu sile, polja in drugih opisanih veličin.

Moč ni vedno vključena. Vektorji opisujejo polje. Najenostavnejši primer Učitelji fizike ga pokažejo šolarjem. Mislimo na napetostne linije magnetno polje. Vektorji so običajno narisani tangencialno. Na slikah delovanja na vodnik, po katerem teče tok, boste videli ravne črte.

Gimletovo pravilo

Vektorske količine pogosto nimajo mesta uporabe; centri delovanja so izbrani po dogovoru. Moment sile izvira iz osi ramena. Potrebno za poenostavitev seštevanja. Predpostavimo, da na ročice različnih dolžin delujejo neenake sile skupna os. S preprostim seštevanjem in odštevanjem trenutkov bomo našli rezultat.

Vektorji pomagajo pri reševanju številnih vsakdanjih problemov in, čeprav delujejo kot matematične abstrakcije, delujejo v realnosti. Na podlagi številnih vzorcev je mogoče predvideti prihodnje obnašanje objekta v skladu s skalarnimi količinami: velikost populacije, temperatura okolju. Ekologe zanimajo smeri in hitrost leta ptic. Premik je vektorska količina.

Pravilo gimleta pomaga najti navzkrižni produkt vektorjev. To ni tavtologija. Samo rezultat akcije bo tudi vektor. Pravilo gimleta opisuje smer, v katero bo kazala puščica. Kar se tiče modula, morate uporabiti formule. Gimlet pravilo je poenostavljena čisto kvalitativna abstrakcija kompleksne matematične operacije.

Analitična geometrija v prostoru

Vsi poznajo težavo: stati na enem bregu reke določite širino struge. Umu se zdi nerazumljivo, rešiti ga je mogoče v hipu z metodami najpreprostejše geometrije, ki jo preučujejo šolarji. Naredimo več preprostih korakov:

1. Označite na nasprotnem bregu izrazit mejnik, namišljeno točko: deblo drevesa, ustje potoka, ki se izliva v potok.
2. Na tej strani struge naredite zarezo pravokotno na črto nasprotnega brega.
3. Poiščite mesto, s katerega je mejnik viden pod kotom 45 stopinj glede na obalo.
4. Širina reke je enaka oddaljenosti končne točke od križišča.

Določanje širine reke z metodo podobnosti trikotnika

Uporabimo tangens kota. Ni nujno, da je 45 stopinj. Potrebna je večja natančnost - bolje je vzeti oster kot. Samo tangenta 45 stopinj enako ena, je reševanje problema poenostavljeno.

Na podoben način je mogoče najti odgovore na pereča vprašanja. Tudi v mikrokozmosu, ki ga nadzorujejo elektroni. Eno lahko rečemo nedvoumno: nepoznavalcu se pravilo gimleta in vektorski produkt vektorjev zdita dolgočasna in dolgočasna. Priročno orodje, ki pomaga razumeti številne procese. Večino bo zanimalo načelo delovanja elektromotorja (ne glede na zasnovo). Lahko se enostavno razloži s pravilom leve roke.

V mnogih vejah znanosti obstajata dve pravili: levo, desna roka. Vektorski produkt lahko včasih opišemo tako ali drugače. To se sliši nejasno, vendar si takoj oglejmo primer:

• Recimo, da se elektron giblje. Negativno nabit delec potuje skozi konstantno magnetno polje. Očitno bo tirnica ukrivljena zaradi Lorentzove sile. Skeptiki bodo ugovarjali, da po mnenju nekaterih znanstvenikov elektron ni delec, temveč superpozicija polj. Toda Heisenbergovo načelo negotovosti si bomo ogledali kdaj drugič. Torej se elektron premika:

Če desno roko postavite tako, da vektor magnetnega polja vstopi pravokotno v dlan, iztegnjeni prsti nakazujejo smer leta delca, palec, upognjen za 90 stopinj na stran, se bo razširil v smeri sile. Pravilo desne roke, ki je še en izraz pravila gimleta. Besede sopomenke. Sliši se drugače, a v bistvu je enako.

• Citirajmo stavek iz Wikipedije, ki diši po nenavadnosti. Ko se odseva v ogledalu, desni trije vektorji postanejo levi, potem morate uporabiti pravilo leve roke namesto desne. Elektron je letel v eno smer, toda po metodah, sprejetih v fiziki, se tok premika v nasprotni smeri. Kot da se odseva v ogledalu, je zato Lorentzova sila določena s pravilom leve roke:

Če levo roko postavite tako, da vektor magnetnega polja vstopi pravokotno v dlan, iztegnjeni prsti kažejo smer toka električnega toka, palec, upognjen za 90 stopinj v stran, pa se iztegne, kar kaže na vektor sile.

Vidite, situacije so podobne, pravila so preprosta. Kako si zapomniti, katerega uporabiti? Glavno načelo negotovosti fizike. Navzkrižni zmnožek se izračuna v mnogih primerih in velja eno pravilo.

Katero pravilo uporabiti

Sinonimi besed: roka, vijak, gimlet

Najprej si poglejmo sinonimne besede; mnogi so se začeli spraševati: če se pripoved tukaj dotika gimleta, zakaj se besedilo nenehno dotika rok. Uvedimo pojem desne trojke, desnega koordinatnega sistema. Skupaj 5 sinonimnih besed.

Treba je bilo ugotoviti vektorski produkt vektorjev, a se je izkazalo, da se tega v šoli ne učijo. Razjasnimo situacijo radovednim šolarjem.

Kartezični koordinatni sistem

Šolski grafi na tabli so narisani v kartezičnem sistemu. X-Y koordinate. Vodoravna os ( pozitivni del), ki kaže v desno - upam, da navpično - kaže navzgor. Naredimo en korak in dobimo prave tri. Predstavljajte si: os Z gleda v učilnico iz izhodišča. Zdaj učenci poznajo definicijo desne trojke vektorjev.

Wikipedia pravi: dovoljeno je vzeti leve trojčke, desni pa se pri izračunu vektorskega produkta ne strinjajo. Usmanov je glede tega kategoričen. Z dovoljenjem Aleksandra Evgenijeviča podajamo natančno definicijo: vektorski izdelek vektorji je vektor, ki izpolnjuje tri pogoje:

1. Modul izdelka enako zmnožku module prvotnih vektorjev s sinusom kota med njima.
2. Rezultatski vektor je pravokoten na prvotne (oba tvorita ravnino).
3. Trije vektorji (po vrstnem redu glede na kontekst) so pravilni.

Poznamo prave tri. Torej, če je os X prvi vektor, Y je drugi, bo Z rezultat. Zakaj so ga imenovali desni trije? Očitno je povezan z vijaki in nastavki. Če zasukate namišljeni gimlet po najkrajši poti med prvim in drugim vektorjem, se bo translacijsko gibanje osi rezalnega orodja začelo pojavljati v smeri nastalega vektorja:

1. Gimlet pravilo velja za produkt dveh vektorjev.
2. Pravilo gimleta kvalitativno kaže smer nastalega vektorja tega dejanja. Kvantitativno je dolžina določena z omenjenim izrazom (zmnožek velikosti vektorjev in sinusa kota med njima).

Zdaj vsi razumejo: Lorentzovo silo najdemo po pravilu gimleta z levim navojem. Vektorji so zbrani v levosučni trojček; če so med seboj pravokotni (pravokotni drug na drugega), se tvori levi koordinatni sistem. Na tabli bi os Z kazala v smeri pogleda (stran od občinstva in za steno).

Preprosti triki za zapomnitev pravil gimleta

Ljudje pozabljajo, da je Lorentzovo silo lažje določiti s pravilom levičarskega vrtača. Kdor hoče razumeti princip delovanja elektromotorja, mora takšne orehe streti dvakrat močneje. Odvisno od zasnove je lahko število tuljav rotorja precejšnje ali pa se vezje degenerira in postane veveričja kletka. Željnim znanja je v pomoč Lorentzovo pravilo, ki opisuje magnetno polje, kjer se gibljejo bakreni vodniki.

Da si zapomnimo, si predstavljajmo fiziko procesa. Recimo, da se elektron giblje v polju. Za določitev smeri sile se uporabi pravilo desne roke. Dokazano je, da ima delec negativen naboj. Smer sile na prevodnik določa pravilo leve roke, spomnimo se: fiziki so jo vzeli iz povsem levih virov, ki električni tok teče v nasprotni smeri od tiste, kamor so šli elektroni. In to je narobe. Zato moramo uporabiti pravilo leve roke.

Ni treba vedno skozi takšne divjine. Zdi se, da so pravila bolj zmedena, vendar niso povsem resnična. Pravilo desne roke se pogosto uporablja za izračun kotna hitrost, ki je geometrijski izdelek pospešek na polmer: V = ω x r. Vizualni spomin bo pomagal mnogim:

1. Radius vektor krožne poti je usmerjen iz središča v krog.
2. Če je vektor pospeška usmerjen navzgor, se telo premika v nasprotni smeri urinega kazalca.

Poglejte, tukaj spet velja pravilo desne roke: če položite dlan tako, da vektor pospeška vstopi pravokotno v dlan, iztegnete prste v smeri polmera, bo palec, upognjen za 90 stopinj, pokazal smer gibanja predmet. Dovolj je, da ga enkrat narišete na papir in si ga zapomnite vsaj polovico življenja. Slika je res preprosta. Nič več vam ne bo treba razbijati glave s preprostim vprašanjem pri lekciji fizike: smer vektorja kotnega pospeška.

Na podoben način se določi moment sile. Izhaja pravokotno od osi rame in sovpada v smeri s kotnim pospeškom na zgornji sliki. Mnogi se bodo vprašali: zakaj je to potrebno? Zakaj moment sile ni skalarna količina? Zakaj smer? IN kompleksni sistemi Interakcijam ni lahko slediti. Če je veliko osi in sil, pomaga vektorski seštevek momentov. Izračune je mogoče močno poenostaviti.

Za tiste, ki jim fizika v šoli ni šla prav, je gimletovo pravilo še danes prava »terra incognita«. Še posebej, če na internetu poskušate najti definicijo znanega zakona: iskalniki takoj bodo izdali veliko kočljivih znanstvene razlage z kompleksna vezja. Vendar pa je povsem mogoče na kratko in jasno razložiti, kaj je.

Kaj je pravilo gimleta?

Gimlet - orodje za vrtanje lukenj

Sliši se takole: v primerih, ko smer gimleta sovpada s smerjo toka v prevodniku med translacijskimi gibi, bo hkrati smer vrtenja ročaja gimleta enaka.

Išče smer

Če želite to ugotoviti, se morate še vedno spomniti šolski pouk. Na njih so nam učitelji fizike povedali, da je električni tok gibanje. elementarni delci, ki hkrati prenašajo svoj naboj po prevodnem materialu. Zahvaljujoč viru je gibanje delcev v prevodniku usmerjeno. Gibanje je, kot vemo, življenje, zato okoli prevodnika ne nastane nič drugega kot magnetno polje, ki se tudi vrti. ampak kako?

Odgovor daje prav to pravilo (brez uporabe kakršnih koli posebnih orodij), rezultat pa se izkaže za zelo dragocenega, saj odvisno od smeri magnetnega polja nekaj prevodnikov začne delovati v popolnoma različnih scenarijih: bodisi se odbija drug drugemu ali, nasprotno, hitita drug proti drugemu.

Uporaba

Najlažji način za določitev poti gibanja magnetnih silnic je uporaba gimlet pravila

Lahko si predstavljate tako - na primeru lastne desne roke in najbolj navadne žice. Žico smo dali v roko. Štiri prste močno stisnemo v pest. Palec kaže navzgor – kot gesta, s katero pokažemo, da nam je nekaj všeč. V tej "postavitvi" bo palec jasno pokazal smer gibanja toka, drugi štirje pa pot gibanja silnic magnetnega polja.

Pravilo je v življenju povsem uporabno. Fiziki ga potrebujejo, da določijo smer magnetnega polja toka, izračunajo mehansko hitrost vrtenja, vektor magnetne indukcije in navor.

Mimogrede, o tem, da pravilo velja za večino različne situacije Prav tako pravi, da obstaja več interpretacij tega naenkrat - odvisno od vsakega posameznega obravnavanega primera.

Z uporabo gimlet pravila se določijo smeri magnetnih linij (imenovanih tudi magnetne indukcijske črte) okoli prevodnika, po katerem teče tok.

Gimletovo pravilo: definicija

Samo pravilo zveni takole: ko smer translacijskega premikanja gimleta sovpada s smerjo toka v preučevanem vodniku, je smer vrtenja ročaja tega gimleta enaka smeri magnetnega polja trenutno.

Imenuje se tudi pravilo desne roke in v tem kontekstu je definicija veliko jasnejša. Če z desno roko primete žico tako, da so štirje prsti stisnjeni v pest in je palec obrnjen navzgor (torej tako, kot običajno z rokami pokažemo »kul!«), bo palec pokazal, v katero smer tok se premika, drugi štirje prsti pa bodo – smer silnic magnetnega polja

Z gimletom razumemo vijak z desnim navojem. So standard v tehnologiji, saj predstavljajo absolutno večino. Mimogrede, isto pravilo bi lahko oblikovali na primeru gibanja v smeri urinega kazalca, ker je vijak z desnim navojem zasukan točno v to smer.

Uporaba pravila gimleta

V fiziki se pravilo gimleta ne uporablja le za določanje smeri magnetnega polja toka. Tako na primer velja tudi za izračun smeri aksialnih vektorjev, vektorja kotne hitrosti, vektorja magnetne indukcije B, smeri inducirani tok z znanim vektorjem magnetne indukcije in številne druge možnosti. Toda za vsak tak primer ima pravilo svojo formulacijo.

Torej, na primer, za izračun produktnega vektorja piše: če narišete vektorje tako, da na začetku sovpadajo, in premaknete prvi faktorski vektor proti drugemu faktorskemu vektorju, potem bo gimlet, ki se premika na enak način, vijak proti vektorju produkta.

Ali takole bo zvenelo pravilo gimleta za mehansko vrtenje hitrosti: če vrtite vijak v isto smer, v kateri se vrti telo, se bo vrtel v smeri kotne hitrosti.

Takole izgleda pravilo gimleta za moment sil: ko se vijak vrti v isto smer, v katero sile vrtijo telo, se bo gimlet privijal v smeri teh sil.

Fizikalni test Pravilo leve roke. Zaznavanje magnetnega polja po delovanju na električni tok za učence 9. razreda z odgovori. Test vključuje 10 vprašanj z izbirnimi odgovori.

1. Smer toka v magnetizmu sovpada s smerjo gibanja

1) elektroni
2) negativni ioni
3) pozitivni delci
4) nobeden od odgovorov ni pravilen

2. Kvadratni okvir se nahaja v enakomernem magnetnem polju, kot je prikazano na sliki. Smer toka v okvirju je označena s puščicami.

Sila, ki deluje na spodnjo stran okvirja, je usmerjena

3. Električni krog, sestavljen iz štirih ravnih vodoravnih vodnikov (1-2, 2-3, 3-4, 4-1) in vira enosmernega toka, je v enotnem magnetnem polju, katerega silnice so usmerjene navpično navzgor (glej sl., pogled zgoraj).

1) vodoravno v desno
2) vodoravno v levo
3) navpično navzgor
4) navpično navzdol

4. Električno vezje, sestavljeno iz štirih ravnih vodoravnih vodnikov (1-2, 2-3, 3-4, 4-1) in vira enosmernega toka, je v enotnem magnetnem polju, katerega črte so usmerjene vodoravno v desno (glej slika, pogled od zgoraj ).

5. Delovanje elektromotorja temelji na

1) učinek magnetnega polja na prevodnik, po katerem teče električni tok
2) elektrostatična interakcija nabojev
3) pojav samoindukcije
4) dejanje električno polje na električni naboj

6. Glavni namen elektromotorja je pretvarjanje

1) mehanska energija v električno energijo
2) električna energija v mehansko energijo
3) notranja energija v mehansko energijo
4) mehanska energija v različne vrste energije

7. Magnetno polje deluje z neničelno silo

1) atom v mirovanju
2) ion v mirovanju
3) ion, ki se giblje vzdolž magnetnih indukcijskih linij
4) ion, ki se giblje pravokotno na magnetne indukcijske črte

8. Izberite pravilne trditve.

A. za določitev smeri sile, ki deluje na pozitivno nabit delec, je treba postaviti štiri prste leve roke v smeri hitrosti delca.
B. Za določitev smeri sile, ki deluje na negativno nabit delec, je treba postaviti štiri prste leve roke nasproti smeri hitrosti delca.

1) samo A
2) samo B
3) A in B
4) niti A niti B

9. Pozitivno nabit delec z vodoravno usmerjeno hitrostjo v

1) Navpično navzdol
2) Navpično navzgor
3) Na nas
4) Od nas

10. Negativno nabit delec z vodoravno usmerjeno hitrostjo v, prileti v področje polja pravokotno na magnetne črte. Kam je usmerjena sila, ki deluje na delec?

1) Za nas
2) Od nas
3) Vodoravno levo v risalni ravnini
4) Vodoravno desno v risalni ravnini

Odgovori na test iz fizike Pravilo leve roke Zaznavanje magnetnega polja z njegovim vplivom na električni tok
1-3
2-4
3-2
4-3
5-1
6-2
7-4
8-3
9-4
10-2

V fiziki za 11. razred (Kasyanov V.A., 2002),
naloga №32
do poglavja " Magnetizem. Magnetno polje. OSNOVNE TOČKE».

Vektor magnetne indukcije

Električni tok ima magnetni učinek, torej magnetno polje nastane zaradi premikanja nabojev.

Vektor magnetne indukcije- vektor fizikalna količina, katere smer na dani točki sovpada s smerjo, navedeno na tej točki severni pol brezplačna magnetna igla.

Vektorski modul magnetne indukcije- fizikalna količina, enako razmerju največja sila, ki deluje od magnetnega polja na odsek prevodnika s tokom, na produkt jakosti toka in dolžine odseka prevodnika:

Enota za magnetno indukcijo je tesla (1 tesla).

Gimlet pravilo za enosmerni tok:če privijete gimlet v smeri toka v vodniku, potem smer hitrosti gibanja konca njegovega ročaja na tej točki sovpada s smerjo vektorja magnetne indukcije.

Pravilo desne roke za prednji tok:če z desno roko primete vodnik in usmerite upognjen palec vzdolž toka, bodo konice preostalih prstov na dani točki pokazale smer vektorja indukcije na tej točki.

Princip superpozicije magnetnih polj: nastala magnetna indukcija na dani točki je vsota vektorjev magnetne indukcije, ki jih ustvarijo različni tokovi na tej točki:

Pravilo Gimlet za tuljavo s tokom (tok zanke):če zavrtite ročaj gimleta v smeri toka v tuljavi, potem translacijsko gibanje gimleta sovpada s smerjo vektorja magnetne indukcije, ki ga ustvari tok v tuljavi na njegovi osi.

Magnetne indukcijske črte- črte, katerih tangente v vsaki točki sovpadajo s smerjo vektorja magnetne indukcije. Linije magnetne indukcije so vedno zaprte: nimajo začetka ali konca. Magnetno polje je vrtinčno polje, to je polje z zaprte linije magnetna indukcija

Magnetni tok (magnetni indukcijski tok) skozi površino določenega območja - fizikalna količina, ki je enaka skalarnemu produktu vektorja magnetne indukcije in vektorja površine:

Enota magnetnega pretoka je weber (1 Wb) 1 Wb = 1 T.m 2.

Amperov zakon: Sila, s katero magnetno polje deluje na odsek vodnika, v katerega teče tok, je enaka produktu jakosti toka, magnetne indukcije, dolžine odseka prevodnika in sinusa kota med smerema toka. in vektor magnetne indukcije:

V enakomernem magnetnem polju se sklenjen tokokrog trudi vzpostaviti tako, da smer lastne indukcije sovpada s smerjo zunanje indukcije.

Lorentzova sila- sila, ki deluje na nabit delec, ki se giblje s hitrostjo v iz magnetnega polja B:

kjer je q naboj delca in je kot med hitrostjo delca in indukcijo magnetnega polja.

Smer Lorentzove sile določa pravilo leve roke:če je leva roka postavljena tako, da štirje iztegnjeni prsti kažejo smer hitrosti pozitivnega naboja (ali nasprotno od hitrosti negativnega naboja) in vektor magnetne indukcije vstopi v dlan, potem upognjen palec (v ravnina dlani) za 90° bo pokazala smer sile, ki deluje na dani naboj.

Nabit delec, ki leti v enakomerno magnetno polje vzporedno s črtami magnetne indukcije, se enakomerno giblje vzdolž teh črt. Nabit delec, ki leti v enakomerno magnetno polje v ravnini, ki je pravokotna na magnetne indukcijske črte, se v tej ravnini giblje krožno. Vzporedni prevodniki, skozi katere tečejo tokovi v eni smeri, se privlačijo, v nasprotnih smereh pa se odbijajo. Magnetna polja, ki jih ustvarjajo tokovi I 1 , I 2, ki tečejo skozi neskončno dolge vzporedne vodnike, ki se nahajajo na razdalji r drug od drugega, vodijo do pojava interakcijske sile na vsakem odseku prevodnikov dolžine Δl

kjer je k m proporcionalni koeficient, k m = 2 10 -7 N/A 2

Enota za tok je amper (1 A). Enosmerni tok je 1 A, če tok teče skozi dva vzporedna vodnika neskončne dolžine in zanemarljivo majhne površine krožnega prereza, ki se nahajata v vakuumu na razdalji 1 m drug od drugega. , povzroči na dolžini 1 m interakcijsko silo, ki je enaka 2 10 -7 N

Indukcija magnetnega polja se zmanjšuje z večanjem razdalje do vodnika s tokom magnetna interakcija gibajoči se naboji v prevodnikih Pod vplivom magnetne sile se nasprotni naboji, ki se gibljejo vzporedno v nasprotnih smereh, privlačijo, enakovrstni naboji pa odbijajo

Induktivnost zanke(ali koeficient samoindukcije) - fizikalna količina, ki je enaka sorazmernemu koeficientu med magnetni tok skozi območje, omejeno z obrisom prevodnika in jakostjo toka v tokokrogu. Enota induktivnosti - henry (1 H)

Energija magnetnega polja, ki ga ustvari tok I skozi vodnik z induktivnostjo L je enak

Magnetna prepustnost medija- fizikalna količina, ki kaže, kolikokrat se indukcija magnetnega polja v homogenem mediju razlikuje od magnetne indukcije zunanjega (magnetnega) polja v vakuumu.

Diamagneti, paramagneti, feromagneti- glavni razredi snovi z močno različnimi magnetnimi lastnostmi

Diamagnetno- snov, v kateri je zunanje magnetno polje rahlo oslabljeno (μ<= 1)

Paramagnetno snov, v kateri je zunanje magnetno polje rahlo okrepljeno (μ >= 1)

Feromagnetno- snov, v kateri je zunanje magnetno polje znatno povečano (μ >> 1)

Krivulja magnetizacije- odvisnost lastne magnetne indukcije od indukcije zunanjega magnetnega polja

Prisilna sila- magnetna indukcija zunanjega polja, potrebna za razmagnetenje vzorca

Magnetno trdi feromagneti- feromagneti z visoko preostalo magnetizacijo Mehki magnetni feromagneti- feromagneti z nizko preostalo magnetizacijo Histerezna zanka- zaprta krivulja magnetizacije in demagnetizacije feromagneta Curiejeva temperatura- kritična temperatura, nad katero pride do prehoda snovi iz feromagnetnega stanja v paramagnetno stanje