Bagaimana untuk menentukan arah menggunakan peraturan tangan kiri. Dua peraturan tangan kanan

Terima kasih kepada tutorial video hari ini, kita akan belajar bagaimana medan magnet dikesan melalui kesannya pada arus elektrik. Mari kita ingat peraturan tangan kiri. Melalui eksperimen, kita belajar bagaimana medan magnet dikesan melalui kesannya pada arus elektrik yang lain. Mari kita kaji apakah peraturan tangan kiri.

Dalam pelajaran ini, kita akan membincangkan isu mengesan medan magnet dengan kesannya pada arus elektrik, dan membiasakan diri dengan peraturan sebelah kiri.

Mari beralih kepada pengalaman. Percubaan pertama untuk mengkaji interaksi arus telah dijalankan oleh saintis Perancis Ampere pada tahun 1820. Percubaan adalah seperti berikut: arus elektrik dialirkan melalui konduktor selari dalam satu arah, kemudian interaksi konduktor ini diperhatikan dalam arah yang berbeza.

nasi. 1. Percubaan Ampere. Konduktor arah bersama yang membawa arus menarik, konduktor bertentangan menolak

Jika anda mengambil dua konduktor selari di mana arus elektrik mengalir ke arah yang sama, maka dalam kes ini konduktor akan menarik antara satu sama lain. Apabila arus elektrik mengalir dalam arah yang berbeza dalam konduktor yang sama, konduktor menolak antara satu sama lain. Oleh itu, kita memerhatikan kesan daya medan magnet pada arus elektrik. Jadi, kita boleh mengatakan perkara berikut: medan magnet dicipta oleh arus elektrik dan dikesan oleh kesannya pada arus elektrik lain (daya Ampere).

Apabila sebilangan besar eksperimen serupa dijalankan, satu peraturan telah diperolehi yang mengaitkan arah garis magnet, arah arus elektrik dan tindakan daya medan magnet. Peraturan ini dipanggil peraturan tangan kiri. Definisi: tangan kiri mesti diletakkan supaya garis magnet memasuki tapak tangan, empat jari yang dilanjutkan menunjukkan arah arus elektrik - kemudian ibu jari yang dibengkokkan akan menunjukkan arah medan magnet.

nasi. 2. Peraturan tangan kiri

Sila ambil perhatian: kami tidak boleh mengatakan bahawa di mana sahaja garis magnet diarahkan, medan magnet bertindak di sana. Di sini hubungan antara kuantiti agak rumit, jadi kami gunakan peraturan tangan kiri.

Mari kita ingat bahawa arus elektrik adalah pergerakan arah cas elektrik. Ini bermakna bahawa medan magnet bertindak pada cas yang bergerak. Dan dalam kes ini kita juga boleh menggunakan peraturan kiri untuk menentukan arah tindakan ini.

Lihat gambar di bawah untuk kegunaan berbeza peraturan kiri, dan analisis sendiri setiap kes.

nasi. 3. Pelbagai aplikasi peraturan kiri

Akhirnya, satu lagi fakta penting. Jika arus elektrik atau kelajuan zarah bercas diarahkan sepanjang garis medan magnet, maka tidak akan ada kesan medan magnet pada objek ini.

Senarai literatur tambahan:

Aslamazov L.G. Pergerakan zarah bercas dalam medan elektrik dan magnet // Kuantum. - 1984. - No 4. - P. 24-25. Myakishev G.Ya. Bagaimanakah motor elektrik berfungsi? // Kuantum. - 1987. - No 5. - P. 39-41. Buku teks fizik asas. Ed. G.S. Landsberg. T. 2. - M., 1974. Yavorsky B.M., Pinsky A.A. Asas Fizik. T.2. - M.: Fizmatlit, 2003.

Ujian fizik Peraturan tangan kiri. Pengesanan medan magnet melalui kesannya pada arus elektrik untuk pelajar gred 9 dengan jawapan. Ujian ini merangkumi 10 soalan aneka pilihan.

1. Arah arus dalam kemagnetan bertepatan dengan arah pergerakan

1) elektron
2) ion negatif
3) zarah positif
4) tiada satu pun jawapan yang betul

2. Bingkai segi empat sama terletak dalam medan magnet seragam seperti yang ditunjukkan dalam rajah. Arah arus dalam bingkai ditunjukkan oleh anak panah.

Daya yang bertindak pada bahagian bawah bingkai diarahkan

3. Litar elektrik yang terdiri daripada empat konduktor mendatar lurus (1-2, 2-3, 3-4, 4-1) dan sumber arus terus berada dalam medan magnet yang seragam, garis daya yang diarahkan menegak ke atas (lihat Rajah., lihat di atas).

1) mendatar ke kanan
2) secara mendatar ke kiri
3) menegak ke atas
4) menegak ke bawah

4. Litar elektrik yang terdiri daripada empat konduktor mendatar lurus (1-2, 2-3, 3-4, 4-1) dan sumber arus terus berada dalam medan magnet yang seragam, yang garisannya diarahkan secara mendatar ke kanan (lihat rajah, pandangan atas).

5. Pengendalian motor elektrik adalah berdasarkan

1) kesan medan magnet pada konduktor yang membawa arus elektrik
2) interaksi elektrostatik cas
3) fenomena induksi diri
4) kesan medan elektrik pada cas elektrik

6. Tujuan utama motor elektrik adalah untuk menukar

1) tenaga mekanikal kepada tenaga elektrik
2) tenaga elektrik kepada tenaga mekanikal
3) tenaga dalaman kepada tenaga mekanikal
4) tenaga mekanikal kepada pelbagai jenis tenaga

7. Medan magnet bertindak dengan daya bukan sifar

1) atom dalam keadaan diam
2) ion rehat
3) ion yang bergerak sepanjang garis aruhan magnetik
4) ion yang bergerak berserenjang dengan garis aruhan magnetik

8. Pilih pernyataan yang betul.

A. untuk menentukan arah daya yang bertindak pada zarah bercas positif, empat jari tangan kiri hendaklah diletakkan mengikut arah kelajuan zarah
B. untuk menentukan arah daya yang bertindak ke atas zarah bercas negatif, empat jari tangan kiri hendaklah diletakkan bertentangan dengan arah kelajuan zarah

1) hanya A
2) sahaja B
3) kedua-dua A dan B
4) bukan A mahupun B

9. Zarah bercas positif dengan halaju mendatar v

1) Menegak ke bawah
2) Menegak ke atas
3) Pada kami
4) Daripada kami

10. Zarah bercas negatif dengan halaju mendatar v, terbang ke kawasan medan berserenjang dengan garis magnet. Ke manakah daya yang bertindak ke atas zarah itu diarahkan?

1) Kepada kami
2) Daripada kami
3) Mendatar ke kiri dalam satah lukisan
4) Mendatar ke kanan dalam satah lukisan

Jawapan kepada ujian fizik Peraturan kiri Pengesanan medan magnet melalui kesannya ke atas arus elektrik
1-3
2-4
3-2
4-3
5-1
6-2
7-4
8-3
9-4
10-2

Peraturan tangan kiri digunakan untuk menentukan arah daya Ampere dan juga daya Lorentz. Peraturan ini mudah diingat kerana ia agak mudah dan jelas.

Lafaz peraturan ini ialah:

Jika anda meletakkan tapak tangan kiri anda supaya empat jari yang dilanjutkan menunjukkan arah arus, dan garisan daya medan magnet luar memasuki tapak tangan terbuka, maka ibu jari yang diletakkan 90 darjah akan menunjukkan arah daya .

Rajah 1 - Ilustrasi peraturan tangan kiri

Beberapa penambahan kepada peraturan ini boleh dibuat. Contohnya, jika peraturan tangan kiri digunakan untuk menentukan arah daya yang akan bertindak ke atas elektron atau ion bercas negatif. Yang akan bergerak dalam medan magnet. Adalah penting untuk diingat bahawa arah di mana elektron bergerak adalah bertentangan dengan arah pergerakan semasa. Oleh kerana ia telah berlaku secara sejarah bahawa arah pergerakan arus diambil dari elektrod positif ke negatif.

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

Sebagai kesimpulan, kita boleh mengatakan bahawa penggunaan pelbagai kaedah visual sangat memudahkan hafalan peraturan ini atau itu. Lagipun, lebih mudah untuk mengingati gambar daripada teks kering.

• Bagi kebanyakan kes ini, sebagai tambahan kepada rumusan umum yang membolehkan seseorang menentukan arah produk vektor atau orientasi asas secara umum, terdapat rumusan khas peraturan yang disesuaikan terutamanya dengan setiap situasi tertentu (tetapi lebih kurang umum).

Pada dasarnya, sebagai peraturan, pilihan salah satu daripada dua kemungkinan arah vektor paksi dianggap bersyarat semata-mata, tetapi ia harus sentiasa berlaku dengan cara yang sama supaya tanda itu tidak keliru dalam hasil akhir pengiraan. Untuk inilah peraturan yang membentuk subjek artikel ini (mereka membenarkan anda sentiasa berpegang pada pilihan yang sama).

Peraturan am (utama).

Peraturan utama, yang boleh digunakan dalam kedua-dua versi peraturan gimlet (skru) dan versi peraturan tangan kanan, ialah peraturan untuk memilih arah untuk tapak dan produk vektor (atau bahkan untuk salah satu dua, kerana satu ditentukan secara langsung melalui yang lain). Ia penting kerana, pada dasarnya, ia adalah mencukupi untuk digunakan dalam semua kes dan bukannya semua peraturan lain, jika hanya anda mengetahui susunan faktor dalam formula yang sepadan.

Memilih peraturan untuk menentukan arah positif hasil vektor dan untuk asas positif(sistem koordinat) dalam ruang tiga dimensi saling berkait rapat.

Kiri (kiri dalam rajah) dan kanan (kanan) Sistem koordinat Cartesan (tapak kiri dan kanan). Ia biasanya dianggap positif dan yang betul digunakan secara lalai (ini adalah konvensyen yang diterima umum; tetapi jika sebab-sebab khas memaksa seseorang untuk menyimpang daripada konvensyen ini, ini harus dinyatakan dengan jelas)

Kedua-dua peraturan ini pada dasarnya adalah konvensional semata-mata, tetapi ia diterima secara umum (sekurang-kurangnya melainkan jika sebaliknya dinyatakan secara eksplisit) untuk diandaikan, dan ia adalah perjanjian yang diterima umum, bahawa positif adalah asas yang betul, dan hasil vektor ditakrifkan supaya untuk asas ortonormal positif e → x , e → y , e → z (\displaystyle (\vec (e))_(x),(\vec (e))_(y),(\vec (e))_(z))(asas koordinat Cartesian segi empat tepat dengan skala unit di sepanjang semua paksi, yang terdiri daripada vektor unit di sepanjang semua paksi), yang berikut memegang:

di mana pangkah serong menandakan operasi pendaraban vektor.

Secara lalai, adalah perkara biasa untuk menggunakan asas positif (dan dengan itu betul). Pada dasarnya, adalah kebiasaan untuk menggunakan tapak kiri terutamanya apabila menggunakan tapak kanan adalah sangat menyusahkan atau mustahil sama sekali (contohnya, jika kita mempunyai asas kanan yang dipantulkan dalam cermin, maka pantulan mewakili asas kiri, dan tiada apa yang boleh dilakukan mengenainya).

Oleh itu, peraturan untuk hasil vektor dan peraturan untuk memilih (membina) asas positif adalah saling konsisten.

Mereka boleh dirumuskan seperti ini:

Untuk produk silang

Peraturan gimlet (skru) untuk hasil silang: Jika anda melukis vektor supaya asalnya bertepatan dan memutarkan vektor faktor pertama dengan cara terpendek ke vektor faktor kedua, maka gimlet (skru), berputar dengan cara yang sama, akan diskrukan ke arah vektor produk .

Varian peraturan gimlet (skru) untuk produk vektor mengikut arah jam: Jika kita melukis vektor supaya asalnya bertepatan dan memutarkan faktor vektor pertama dengan cara terpendek ke faktor vektor kedua dan melihat dari sisi supaya putaran ini mengikut arah jam untuk kita, produk vektor akan diarahkan jauh daripada kami (disumbat ke jam ).

Peraturan tangan kanan untuk hasil silang (pilihan pertama):

Jika anda melukis vektor supaya asalnya bertepatan dan memutarkan vektor faktor pertama dengan cara terpendek ke vektor faktor kedua, dan empat jari tangan kanan menunjukkan arah putaran (seolah-olah menutupi silinder berputar), maka ibu jari yang menonjol akan menunjukkan arah vektor produk.

Peraturan tangan kanan untuk hasil silang (pilihan kedua):

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

Jika anda melukis vektor supaya asalnya bertepatan dan jari pertama (ibu jari) tangan kanan diarahkan sepanjang vektor faktor pertama, jari kedua (indeks) di sepanjang vektor faktor kedua, maka yang ketiga (tengah) akan menunjukkan ( lebih kurang) arah vektor produk (lihat . lukisan).

Berhubung dengan elektrodinamik, arus (I) diarahkan di sepanjang ibu jari, vektor aruhan magnetik (B) diarahkan di sepanjang jari telunjuk, dan daya (F) akan diarahkan di sepanjang jari tengah. Secara mnemonik, peraturan itu mudah diingati dengan singkatan FBI (force, induction, current atau Federal Bureau of Investigation (FBI) diterjemahkan dari bahasa Inggeris) dan kedudukan jari, mengingatkan pistol.

Untuk pangkalan

Semua peraturan ini, tentu saja, boleh ditulis semula untuk menentukan orientasi pangkalan. Mari kita tulis semula hanya dua daripadanya: Peraturan tangan kanan sebagai asas:

x, y, z - sistem koordinat kanan.

Jika di dasar e x , e y , e z (\displaystyle e_(x),e_(y),e_(z))(terdiri daripada vektor di sepanjang paksi x, y, z) arahkan jari pertama (ibu jari) tangan kanan di sepanjang vektor asas pertama (iaitu, di sepanjang paksi x), kedua (indeks) - sepanjang kedua (iaitu, sepanjang paksi y), dan yang ketiga (tengah) akan diarahkan (kira-kira) ke arah yang ketiga (sepanjang z), maka ini adalah asas yang betul(seperti yang ternyata dalam gambar).

Peraturan gimlet (skru) untuk asas: Jika anda memutar gimlet dan vektor supaya vektor asas pertama cenderung kepada yang kedua dengan cara yang sesingkat mungkin, maka gimlet (skru) akan diskrukan ke arah vektor asas ketiga, jika ia adalah asas yang betul.

• Semua ini, tentu saja, sepadan dengan lanjutan peraturan biasa untuk memilih arah koordinat pada satah (x - ke kanan, y - up, z - ke arah kami). Yang terakhir ini mungkin satu lagi peraturan mnemonik, pada dasarnya mampu menggantikan peraturan gimlet, tangan kanan, dll. (namun, menggunakannya mungkin kadangkala memerlukan imaginasi spatial tertentu, kerana anda perlu memutarkan koordinat yang dilukis dengan cara biasa. sehingga ia bertepatan dengan asas , orientasi yang kita mahu tentukan, dan ia boleh digunakan dalam apa jua cara).

Formulasi peraturan gimlet (skru) atau peraturan tangan kanan untuk kes khas

Telah disebutkan di atas bahawa semua pelbagai rumusan peraturan gimlet atau peraturan tangan kanan (dan peraturan lain yang serupa), termasuk semua yang dinyatakan di bawah, tidak diperlukan. Anda tidak perlu mengetahuinya jika anda mengetahui (sekurang-kurangnya dalam beberapa varian) peraturan umum yang diterangkan di atas dan mengetahui susunan faktor dalam formula yang mengandungi produk vektor.

Walau bagaimanapun, banyak peraturan yang diterangkan di bawah disesuaikan dengan baik untuk kes khas penggunaannya dan oleh itu boleh menjadi sangat mudah dan mudah untuk menentukan arah vektor dalam kes ini dengan cepat.

Peraturan tangan kanan atau gimlet (skru) untuk putaran kelajuan mekanikal

Petua tangan kanan atau gimlet (skru) untuk halaju sudut

Peraturan tangan kanan atau gimlet (skru) untuk momen daya

(Di mana F → i (\displaystyle (\vec (F))_(i))- daya dikenakan ke atas i-titik badan ke-, r → i (\displaystyle (\vec (r))_(i))- vektor jejari, × (\displaystyle \times)- tanda pendaraban vektor),

peraturannya juga secara amnya serupa, tetapi kami akan merumuskannya secara eksplisit.

Peraturan gimlet (skru): Jika anda memutarkan skru (gimlet) ke arah di mana daya cenderung untuk memutar badan, skru akan skru masuk (atau membuka skru) ke arah di mana momen daya ini diarahkan.

Peraturan tangan kanan: Jika kita bayangkan bahawa kita mengambil badan dengan tangan kanan kita dan cuba memusingkannya ke arah di mana empat jari mengarah (daya yang cuba memusingkan badan diarahkan ke arah jari-jari ini), maka ibu jari yang menonjol akan menunjuk. ke arah di mana tork diarahkan (momen kekuatan ini).

Peraturan tangan kanan dan gimlet (skru) dalam magnetostatik dan elektrodinamik

Untuk aruhan magnet (hukum Biot-Savart)

Peraturan gimlet (skru): Jika arah pergerakan translasi gimlet (skru) bertepatan dengan arah arus dalam konduktor, maka arah putaran pemegang gimlet bertepatan dengan arah vektor aruhan magnet medan yang dicipta oleh arus ini.

Peraturan tangan kanan: Jika anda menggenggam konduktor dengan tangan kanan anda supaya ibu jari yang menonjol menunjukkan arah arus, maka jari yang tinggal akan menunjukkan arah garis aruhan magnet medan yang dicipta oleh arus ini yang menyelubungi konduktor, dan oleh itu arah daripada vektor aruhan magnet, diarahkan ke mana-mana tangen kepada garisan ini.

Untuk solenoid ia dirumuskan seperti berikut: Jika anda menggenggam solenoid dengan tapak tangan kanan anda supaya empat jari diarahkan mengikut arus dalam selekoh, maka ibu jari yang dipanjangkan akan menunjukkan arah garisan medan magnet di dalam solenoid.

Untuk arus dalam konduktor yang bergerak dalam medan magnet

Peraturan tangan kanan: Jika tapak tangan kanan diletakkan supaya garis medan magnet memasukinya, dan ibu jari yang dibengkokkan diarahkan sepanjang pergerakan konduktor, maka empat jari yang dilanjutkan akan menunjukkan arah arus aruhan.

Bagi mereka yang tidak mahir dalam fizik di sekolah, peraturan gimlet masih menjadi "terra incognita" sebenar hari ini. Terutama jika anda cuba mencari definisi undang-undang yang terkenal di Internet: enjin carian akan segera mengembalikan banyak penjelasan saintifik yang canggih dengan gambar rajah yang kompleks. Walau bagaimanapun, agak mungkin untuk menerangkan secara ringkas dan jelas apa itu.

Apakah peraturan gimlet?

Gimlet - alat untuk menggerudi lubang

Bunyinya seperti ini: dalam kes di mana arah gimlet bertepatan dengan arah arus dalam konduktor semasa pergerakan translasi, maka pada masa yang sama arah putaran pemegang gimlet akan sama dengannya.

Mencari arah

Untuk memikirkannya, anda masih perlu mengingati pelajaran sekolah anda. Pada mereka, guru fizik memberitahu kami bahawa arus elektrik ialah pergerakan zarah asas, yang pada masa yang sama membawa casnya di sepanjang bahan konduktif. Terima kasih kepada sumber, pergerakan zarah dalam konduktor diarahkan. Pergerakan, seperti yang kita ketahui, adalah kehidupan, dan oleh itu tidak lebih daripada medan magnet timbul di sekeliling konduktor, dan ia juga berputar. Tetapi bagaimana?

Jawapannya diberikan oleh peraturan ini (tanpa menggunakan alat khas), dan hasilnya ternyata sangat berharga, kerana bergantung pada arah medan magnet, beberapa konduktor mula bertindak mengikut senario yang sama sekali berbeza: sama ada tolak-menolak antara satu sama lain, atau, sebaliknya, bergegas ke arah satu sama lain.

Penggunaan

Cara paling mudah untuk menentukan laluan pergerakan garisan medan magnet adalah dengan menggunakan peraturan gimlet

Anda boleh bayangkan dengan cara ini - menggunakan contoh tangan kanan anda sendiri dan wayar yang paling biasa. Kami meletakkan wayar di tangan kami. Kami mengepal empat jari dengan kuat ke dalam penumbuk. Ibu jari menunjuk ke atas - seperti isyarat yang menunjukkan bahawa kita menyukai sesuatu. Dalam "susun atur" ini, ibu jari akan menunjukkan dengan jelas arah pergerakan arus, manakala empat lagi menunjukkan laluan pergerakan garisan medan magnet.

Peraturan itu cukup terpakai dalam kehidupan. Ahli fizik memerlukannya untuk menentukan arah medan magnet arus, mengira kelajuan putaran mekanikal, vektor aruhan magnet dan tork.

Dengan cara ini, fakta bahawa peraturan itu boleh digunakan untuk pelbagai situasi juga ditunjukkan oleh fakta bahawa terdapat beberapa tafsiran mengenainya, bergantung pada setiap kes tertentu yang sedang dipertimbangkan.