Cara menentukan arah dengan menggunakan kaidah tangan kiri. Dua aturan tangan kanan

Berkat video tutorial hari ini, kita akan mempelajari bagaimana medan magnet dideteksi berdasarkan pengaruhnya terhadap arus listrik. Mari kita ingat aturan tangan kiri. Melalui eksperimen kita mempelajari bagaimana medan magnet dideteksi melalui pengaruhnya terhadap arus listrik lain. Mari kita pelajari apa itu aturan tangan kiri.

Dalam pelajaran ini, kita akan membahas masalah pendeteksian medan magnet berdasarkan pengaruhnya terhadap arus listrik, dan mengenal aturan tangan kiri.

Mari kita beralih ke pengalaman. Eksperimen pertama yang mempelajari interaksi arus dilakukan oleh ilmuwan Perancis Ampere pada tahun 1820. Percobaannya sebagai berikut: arus listrik dialirkan melalui penghantar paralel dalam satu arah, kemudian interaksi penghantar tersebut diamati dalam arah yang berbeda.

Beras. 1. Eksperimen Ampere. Konduktor searah yang membawa arus akan tarik-menarik, sedangkan konduktor yang berlawanan arah akan tolak-menolak

Jika kita mengambil dua penghantar paralel yang dilalui arus listrik dalam arah yang sama, maka dalam hal ini penghantar tersebut akan saling tarik menarik. Ketika arus listrik mengalir dalam arah yang berbeda dalam penghantar yang sama, penghantar tersebut akan saling tolak menolak. Jadi, kita mengamati pengaruh gaya medan magnet pada arus listrik. Jadi, kita dapat mengatakan yang berikut: medan magnet diciptakan oleh arus listrik dan dideteksi oleh pengaruhnya terhadap arus listrik lain (gaya Ampere).

Ketika sejumlah besar percobaan serupa dilakukan, diperoleh aturan yang menghubungkan arah garis magnet, arah arus listrik, dan aksi gaya medan magnet. Aturan ini disebut aturan tangan kiri. Definisi: tangan kiri harus diposisikan sedemikian rupa sehingga garis magnet masuk ke telapak tangan, empat jari yang terjulur menunjukkan arah arus listrik - kemudian ibu jari yang ditekuk akan menunjukkan arah medan magnet.

Beras. 2. Aturan tangan kiri

Harap diperhatikan: kita tidak dapat mengatakan bahwa ke mana pun garis magnet diarahkan, medan magnet akan bekerja di sana. Di sini hubungan antar besaran agak lebih rumit, jadi kami gunakan aturan tangan kiri.

Ingatlah bahwa arus listrik adalah arah pergerakan muatan listrik. Artinya, medan magnet bekerja pada muatan yang bergerak. Dan dalam hal ini kita juga bisa menggunakan aturan tangan kiri untuk menentukan arah tindakan ini.

Lihatlah gambar di bawah untuk mengetahui perbedaan penggunaan aturan tangan kiri, dan analisis sendiri setiap kasusnya.

Beras. 3. Berbagai penerapan aturan tangan kiri

Terakhir, satu fakta penting lagi. Jika arus listrik atau kecepatan suatu partikel bermuatan diarahkan sepanjang garis medan magnet, maka tidak akan ada pengaruh medan magnet pada benda tersebut.

Daftar literatur tambahan:

Aslamazov L.G. Pergerakan partikel bermuatan dalam medan listrik dan magnet // Quantum. - 1984. - No. 4. - Hal. 24-25. Myakishev G.Ya. Bagaimana cara kerja motor listrik? // Kuantum. - 1987. - Nomor 5. - Hal.39-41. Buku teks fisika dasar. Ed. G.S. Landsberg. T. 2. - M., 1974. Yavorsky B.M., Pinsky A.A. Dasar-dasar Fisika. T.2. - M.: Fizmatlit, 2003.

Tes fisika Aturan tangan kiri. Deteksi medan magnet pengaruhnya terhadap arus listrik untuk siswa kelas 9 beserta jawabannya. Tes ini mencakup 10 soal pilihan ganda.

1. Arah arus magnet bertepatan dengan arah geraknya

1) elektron
2) ion negatif
3) partikel positif
4) tidak ada jawaban yang benar

2. Bingkai persegi terletak pada medan magnet seragam seperti yang ditunjukkan pada gambar. Arah arus dalam bingkai ditunjukkan dengan panah.

Gaya yang bekerja pada sisi bawah bingkai diarahkan

3. Suatu rangkaian listrik yang terdiri dari empat konduktor lurus horizontal (1-2, 2-3, 3-4, 4-1) dan sumber arus searah berada dalam medan magnet seragam, garis-garis gayanya diarahkan vertikal ke atas (lihat Gambar., lihat di atas).

1) secara horizontal ke kanan
2) secara horizontal ke kiri
3) vertikal ke atas
4) vertikal ke bawah

4. Suatu rangkaian listrik yang terdiri dari empat penghantar lurus mendatar (1-2, 2-3, 3-4, 4-1) dan sumber arus searah berada dalam medan magnet seragam yang garis-garisnya berarah mendatar ke kanan (lihat gambar, tampilan atas).

5. Pengoperasian motor listrik didasarkan pada

1) pengaruh medan magnet pada suatu penghantar yang membawa arus listrik
2) interaksi muatan elektrostatis
3) fenomena induksi diri
4) pengaruh medan listrik terhadap muatan listrik

6. Tujuan utama motor listrik adalah untuk mengkonversi

1) energi mekanik menjadi energi listrik
2) energi listrik menjadi energi mekanik
3) energi dalam menjadi energi mekanik
4) energi mekanik menjadi berbagai jenis energi

7. Medan magnet bekerja dengan gaya bukan nol

1) atom dalam keadaan diam
2) ion istirahat
3) ion yang bergerak sepanjang garis induksi magnet
4) ion bergerak tegak lurus terhadap garis induksi magnet

8. Pilih pernyataan yang benar.

A. untuk menentukan arah gaya yang bekerja pada partikel bermuatan positif, empat jari tangan kiri harus diletakkan searah dengan kecepatan partikel
B. untuk menentukan arah gaya yang bekerja pada partikel bermuatan negatif, empat jari tangan kiri harus diletakkan berlawanan dengan arah kecepatan partikel

1) hanya A
2) hanyaB
3) baik A maupun B
4) baik A maupun B

9. Partikel bermuatan positif dengan kecepatan berarah horizontal ay

1) Secara vertikal ke bawah
2) Secara vertikal ke atas
3) Pada kami
4) Dari kami

10. Partikel bermuatan negatif dengan kecepatan berarah horizontal ay, terbang ke wilayah medan yang tegak lurus terhadap garis magnet. Ke manakah arah gaya yang bekerja pada partikel?

1) Kepada kami
2) Dari kami
3) Secara horizontal ke kiri pada bidang gambar
4) Secara horizontal ke kanan pada bidang gambar

Jawaban soal ulangan fisika Aturan tangan kiri Deteksi medan magnet berdasarkan pengaruhnya terhadap arus listrik
1-3
2-4
3-2
4-3
5-1
6-2
7-4
8-3
9-4
10-2

Aturan tangan kiri digunakan untuk menentukan arah gaya Ampere dan juga gaya Lorentz. Aturan ini mudah diingat karena cukup sederhana dan jelas.

Kata-kata dari aturan ini adalah:

Jika telapak tangan kiri diletakkan sedemikian rupa sehingga keempat jari yang terulur menunjukkan arah arus, dan garis-garis gaya medan magnet luar masuk ke telapak tangan yang terbuka, maka ibu jari yang diletakkan 90 derajat akan menunjukkan arah gaya. .

Gambar 1 - Ilustrasi aturan tangan kiri

Beberapa tambahan pada aturan ini dapat dilakukan. Misalnya jika aturan tangan kiri diterapkan untuk menentukan arah gaya yang akan bekerja pada elektron atau ion bermuatan negatif. Yang akan bergerak dalam medan magnet. Penting untuk diingat bahwa arah pergerakan elektron berlawanan dengan arah pergerakan arus. Karena secara historis arah pergerakan arus diambil dari elektroda positif ke elektroda negatif.

Dan elektron bergerak sepanjang konduktor dari kutub negatif ke kutub positif.

Kesimpulannya, kita dapat mengatakan bahwa penggunaan berbagai metode visual sangat menyederhanakan menghafal aturan tertentu. Lagi pula, mengingat gambar jauh lebih mudah daripada teks kering.

• Untuk banyak kasus ini, selain rumusan umum yang memungkinkan seseorang untuk menentukan arah perkalian vektor atau orientasi basis secara umum, terdapat rumusan aturan khusus yang secara khusus disesuaikan dengan baik untuk setiap situasi tertentu (tetapi apalagi umum).

Pada prinsipnya, sebagai suatu peraturan, pilihan salah satu dari dua kemungkinan arah vektor aksial dianggap murni bersyarat, tetapi harus selalu terjadi dengan cara yang sama agar tandanya tidak tertukar pada hasil akhir perhitungan. Inilah gunanya aturan yang menjadi pokok bahasan artikel ini (aturan tersebut memungkinkan Anda untuk selalu berpegang pada pilihan yang sama).

Aturan umum (utama).

Aturan utama yang dapat digunakan baik dalam versi aturan gimlet (sekrup) maupun versi aturan tangan kanan adalah aturan pemilihan arah untuk alas dan hasil kali vektor (atau bahkan untuk salah satu dari dua, karena yang satu ditentukan secara langsung melalui yang lain). Hal ini penting karena, pada prinsipnya, cukup untuk digunakan dalam semua kasus dan bukan semua aturan lainnya, asalkan Anda mengetahui urutan faktor dalam rumus yang bersangkutan.

Memilih aturan untuk menentukan arah positif perkalian vektor dan untuk dasar positif(sistem koordinat) dalam ruang tiga dimensi saling berkaitan erat.

Sistem koordinat kartesius kiri (kiri pada gambar) dan kanan (kanan) (basis kiri dan kanan). Hal ini umumnya dianggap positif dan yang benar digunakan secara default (ini adalah konvensi yang diterima secara umum; tetapi jika alasan khusus memaksa seseorang untuk menyimpang dari konvensi ini, hal ini harus dinyatakan secara eksplisit)

Kedua aturan ini pada prinsipnya murni konvensional, namun secara umum diterima (setidaknya kecuali dinyatakan sebaliknya secara eksplisit) untuk diasumsikan, dan merupakan kesepakatan yang diterima secara umum, bahwa positif adalah dasar yang benar, dan produk vektor didefinisikan sedemikian rupa untuk basis ortonormal positif e → x , e → y , e → z (\displaystyle (\vec (e))_(x),(\vec (e))_(y),(\vec (e))_(z))(dasar koordinat kartesius persegi panjang dengan skala satuan di sepanjang semua sumbu, yang terdiri dari vektor satuan di sepanjang semua sumbu), berikut ini berlaku:

dimana tanda silang miring menunjukkan operasi perkalian vektor.

Secara default, biasanya menggunakan basis positif (dan juga kanan). Pada prinsipnya, merupakan kebiasaan untuk menggunakan basis kiri terutama ketika menggunakan basis kanan sangat merepotkan atau sama sekali tidak mungkin (misalnya, jika kita memiliki basis kanan yang dipantulkan di cermin, maka pantulan tersebut mewakili basis kiri, dan tidak ada yang bisa dilakukan tentang itu).

Oleh karena itu, aturan perkalian vektor dan aturan pemilihan (membangun) basis positif adalah saling konsisten.

Mereka dapat dirumuskan seperti ini:

Untuk produk silang

Aturan gimlet (sekrup) untuk perkalian silang: Jika kita menggambar vektor-vektor sehingga titik asal-usulnya bertepatan dan memutar vektor faktor pertama secara terpendek ke vektor faktor kedua, maka gimlet (sekrup) yang berputar dengan cara yang sama akan disekrup searah dengan vektor hasil kali .

Varian aturan gimlet (sekrup) untuk perkalian vektor searah jarum jam: Jika kita menggambar vektor-vektor tersebut sehingga titik asal-usulnya berimpit dan memutar faktor vektor pertama secara terpendek ke faktor vektor kedua dan melihat dari samping sehingga putarannya searah jarum jam, maka hasil kali vektornya akan diarahkan menjauhi dari kami (disekrup ke jam ).

Aturan tangan kanan untuk perkalian silang (opsi pertama):

Jika kita menggambar vektor-vektor tersebut sehingga titik asal-usulnya berimpit dan memutar vektor faktor pertama secara terpendek ke vektor faktor kedua, dan keempat jari tangan kanan menunjukkan arah putarannya (seolah-olah menutupi silinder yang berputar), maka vektor-vektor tersebut ibu jari yang menonjol akan menunjukkan arah vektor hasil kali.

Aturan tangan kanan untuk perkalian silang (opsi kedua):

A → × b → = c → (\displaystyle (\vec (a))\times (\vec (b))=(\vec (c)))

Jika vektor-vektor tersebut digambar sedemikian rupa sehingga titik asal-usulnya bertepatan dan jari pertama (ibu jari) tangan kanan diarahkan sepanjang vektor faktor pertama, jari kedua (telunjuk) sepanjang vektor faktor kedua, maka jari ketiga (tengah) akan menunjukkan ( kira-kira) arah vektor hasil kali (lihat gambar).

Dalam kaitannya dengan elektrodinamika, arus (I) diarahkan sepanjang ibu jari, vektor induksi magnet (B) diarahkan sepanjang jari telunjuk, dan gaya (F) diarahkan sepanjang jari tengah. Secara mnemonik, aturan tersebut mudah diingat dengan singkatan FBI (force, induction, current atau Federal Bureau of Investigation (FBI) yang diterjemahkan dari bahasa Inggris) dan posisi jari-jarinya, mengingatkan pada pistol.

Untuk pangkalan

Semua aturan ini tentu saja dapat ditulis ulang untuk menentukan orientasi pangkalan. Mari kita tulis ulang dua diantaranya saja: Aturan tangan kanan sebagai dasar:

x, y, z - sistem koordinat kanan.

Jika di dasar e x , e y , e z (\displaystyle e_(x),e_(y),e_(z))(terdiri dari vektor sepanjang sumbu x, kamu, z) mengarahkan jari pertama (ibu jari) tangan kanan sepanjang vektor basis pertama (yaitu sepanjang sumbu X), yang kedua (indeks) - sepanjang yang kedua (yaitu, sepanjang sumbu kamu), dan yang ketiga (tengah) akan diarahkan (kira-kira) ke arah yang ketiga (sepanjang z), maka ini adalah dasar yang tepat(ternyata di gambar).

Aturan gimlet (sekrup) sebagai dasar: Jika gimlet dan vektornya diputar sehingga vektor basis pertama cenderung ke vektor basis kedua sependek mungkin, maka gimlet (sekrup) akan disekrup searah dengan vektor basis ketiga, jika basisnya lurus.

• Semua ini, tentu saja, sesuai dengan perluasan aturan biasa dalam memilih arah koordinat pada bidang (x - ke kanan, y - ke atas, z - ke arah kita). Yang terakhir mungkin merupakan aturan mnemonik lain, pada prinsipnya mampu menggantikan aturan gimlet, tangan kanan, dll. (namun, menggunakannya mungkin terkadang memerlukan imajinasi spasial tertentu, karena Anda perlu memutar secara mental koordinat yang digambar dengan cara biasa sampai mereka bertepatan dengan dasar , yang orientasinya ingin kita tentukan, dan dapat diterapkan dengan cara apa pun).

Rumusan aturan gimlet (sekrup) atau aturan tangan kanan untuk kasus khusus

Telah disebutkan di atas bahwa segala macam rumusan kaidah gimlet atau kaidah tangan kanan (dan kaidah-kaidah serupa lainnya), termasuk semua yang disebutkan di bawah, tidak diperlukan. Tidak perlu mengetahuinya jika Anda mengetahui (setidaknya dalam beberapa varian) aturan umum yang dijelaskan di atas dan mengetahui urutan faktor dalam rumus yang mengandung produk vektor.

Namun, banyak aturan yang dijelaskan di bawah ini disesuaikan dengan kasus-kasus khusus penerapannya dan oleh karena itu dapat sangat mudah dan mudah untuk menentukan arah vektor dengan cepat dalam kasus-kasus ini.

Aturan tangan kanan atau gimlet (sekrup) untuk putaran kecepatan mekanis

Aturan tangan kanan atau gimlet (sekrup) untuk kecepatan sudut

Aturan tangan kanan atau gimlet (sekrup) untuk momen gaya

(Di mana F → saya (\displaystyle (\vec (F))_(i))- kekuatan diterapkan pada Saya-titik tubuh, r → saya (\displaystyle (\vec (r))_(i))- vektor radius, × (\displaystyle \waktu)- tanda perkalian vektor),

aturannya juga secara umum serupa, namun kami akan merumuskannya secara eksplisit.

Aturan gimlet (sekrup): Jika Anda memutar sekrup (gimlet) ke arah gaya yang cenderung memutar benda, sekrup akan mengencangkan (atau membuka) ke arah arah momen gaya tersebut diarahkan.

Aturan tangan kanan: Jika kita membayangkan kita mengambil benda dengan tangan kanan dan mencoba memutarnya ke arah yang ditunjuk oleh empat jari (gaya yang mencoba memutar benda diarahkan ke arah jari-jari tersebut), maka ibu jari yang menonjol akan menunjuk. ke arah arah torsi (momen gaya tersebut).

Aturan tangan kanan dan gimlet (sekrup) dalam magnetostatika dan elektrodinamika

Untuk induksi magnet (hukum Biot-Savart)

Aturan gimlet (sekrup): Jika arah gerak translasi gimlet (sekrup) bertepatan dengan arah arus pada penghantar, maka arah putaran pegangan gimlet bertepatan dengan arah vektor induksi magnet medan yang ditimbulkan oleh arus tersebut..

Aturan tangan kanan: Jika Anda menggenggam konduktor dengan tangan kanan Anda sehingga ibu jari yang menonjol menunjukkan arah arus, maka jari-jari yang tersisa akan menunjukkan arah garis induksi magnet dari medan yang diciptakan oleh arus yang menyelimuti konduktor, dan oleh karena itu arahnya. dari vektor induksi magnet, diarahkan ke mana saja yang bersinggungan dengan garis-garis ini.

Untuk solenoid rumusannya sebagai berikut: Jika solenoid digenggam dengan telapak tangan kanan sehingga keempat jari diarahkan sepanjang arus yang berputar, maka ibu jari yang dijulurkan akan menunjukkan arah garis-garis medan magnet di dalam solenoid.

Untuk arus dalam konduktor yang bergerak dalam medan magnet

Aturan tangan kanan: Jika telapak tangan kanan diposisikan sedemikian rupa sehingga garis-garis medan magnet masuk ke dalamnya, dan ibu jari yang ditekuk diarahkan sepanjang gerak penghantar, maka keempat jari yang terjulur akan menunjukkan arah arus induksi.

Bagi mereka yang tidak pandai fisika di sekolah, aturan gimlet masih menjadi “terra incognita” yang nyata hingga saat ini. Apalagi jika Anda mencoba mencari definisi hukum terkenal di Internet: mesin pencari akan segera memberikan banyak penjelasan ilmiah yang canggih dengan diagram yang rumit. Namun, sangat mungkin untuk menjelaskan secara singkat dan jelas apa itu.

Apa aturan gimletnya?

Gimlet - alat untuk mengebor lubang

Kedengarannya seperti ini: dalam hal arah gimlet bertepatan dengan arah arus dalam konduktor selama gerakan translasi, maka pada saat yang sama arah putaran pegangan gimlet akan sama dengannya.

Mencari arah

Untuk mengetahuinya, Anda masih harus mengingat pelajaran sekolah Anda. Di sana, guru fisika memberi tahu kami bahwa arus listrik adalah pergerakan partikel elementer, yang sekaligus membawa muatannya sepanjang bahan konduktif. Berkat sumbernya, pergerakan partikel dalam konduktor terarah. Gerakan, seperti yang kita ketahui, adalah kehidupan, dan oleh karena itu tidak lebih dari medan magnet yang muncul di sekitar konduktor, dan ia juga berputar. Tapi bagaimana caranya?

Jawabannya diberikan oleh aturan ini (tanpa menggunakan alat khusus apa pun), dan hasilnya ternyata sangat berharga, karena bergantung pada arah medan magnet, sepasang konduktor mulai bertindak sesuai dengan skenario yang sangat berbeda: baik saling tolak, atau sebaliknya, saling menyerang.

Penggunaan

Cara termudah untuk menentukan jalur pergerakan garis-garis medan magnet adalah dengan menggunakan aturan gimlet

Anda dapat membayangkannya seperti ini - menggunakan contoh tangan kanan Anda sendiri dan kawat paling biasa. Kami meletakkan kawat di tangan kami. Kami mengepalkan empat jari erat-erat. Jempol menunjuk ke atas - seperti isyarat yang kita gunakan untuk menunjukkan bahwa kita menyukai sesuatu. Dalam “tata letak” ini, ibu jari dengan jelas akan menunjukkan arah pergerakan arus, sedangkan empat ibu jari lainnya menunjukkan jalur pergerakan garis-garis medan magnet.

Aturan tersebut cukup bisa diterapkan dalam kehidupan. Fisikawan membutuhkannya untuk menentukan arah medan magnet arus, menghitung kecepatan putaran mekanik, vektor induksi magnet, dan torsi.

Omong-omong, fakta bahwa aturan tersebut dapat diterapkan pada berbagai situasi juga ditunjukkan oleh fakta bahwa terdapat beberapa interpretasi, tergantung pada setiap kasus tertentu yang sedang dipertimbangkan.