Jinsi ya kuamua mwelekeo kwa kutumia sheria ya mkono wa kushoto. Sheria mbili za mkono wa kulia

Shukrani kwa somo la video la leo, tutajifunza jinsi uwanja wa sumaku unavyogunduliwa na athari yake kwenye mkondo wa umeme. Hebu tukumbuke utawala wa mkono wa kushoto. Kupitia jaribio tunajifunza jinsi uwanja wa sumaku unavyogunduliwa na athari yake kwenye mkondo mwingine wa umeme. Wacha tujifunze sheria ya mkono wa kushoto ni nini.

Katika somo hili, tutajadili suala la kugundua shamba la sumaku kwa athari yake kwenye mkondo wa umeme, na ujue na sheria ya mkono wa kushoto.

Wacha tugeukie uzoefu. Jaribio la kwanza kama hilo la kusoma mwingiliano wa mikondo lilifanywa na mwanasayansi wa Ufaransa Ampere mnamo 1820. Jaribio lilikuwa kama ifuatavyo: mkondo wa umeme ulipitishwa kupitia waendeshaji sambamba katika mwelekeo mmoja, kisha mwingiliano wa waendeshaji hawa ulionekana kwa njia tofauti.

Mchele. 1. Jaribio la Ampere. Co-directional conductors kubeba sasa kuvutia, makondakta kinyume kurudisha

Ikiwa unachukua waendeshaji wawili wanaofanana kwa njia ambayo sasa ya umeme hupita kwa mwelekeo mmoja, basi katika kesi hii waendeshaji watavutia kila mmoja. Wakati umeme wa sasa unapita kwa mwelekeo tofauti katika waendeshaji sawa, waendeshaji hufukuza kila mmoja. Kwa hivyo, tunaona athari ya nguvu ya shamba la sumaku kwenye mkondo wa umeme. Kwa hiyo, tunaweza kusema yafuatayo: shamba la magnetic linaloundwa na sasa la umeme na linagunduliwa na athari yake kwenye mkondo mwingine wa umeme (nguvu ya Ampere).

Wakati idadi kubwa ya majaribio sawa yalifanywa, sheria ilipatikana inayohusiana na mwelekeo wa mistari ya magnetic, mwelekeo wa sasa wa umeme na hatua ya nguvu ya shamba la magnetic. Sheria hii inaitwa utawala wa mkono wa kushoto. Ufafanuzi: mkono wa kushoto lazima uwekewe nafasi ili mistari ya sumaku iingie kwenye kiganja, vidole vinne vilivyopanuliwa vinaonyesha mwelekeo wa sasa wa umeme - kisha kidole kilichopigwa kitaonyesha mwelekeo wa shamba la magnetic.

Mchele. 2. Utawala wa mkono wa kushoto

Tafadhali kumbuka: hatuwezi kusema kwamba popote mstari wa sumaku unaelekezwa, uwanja wa sumaku hufanya kazi hapo. Hapa uhusiano kati ya idadi ni ngumu zaidi, kwa hivyo tunatumia utawala wa mkono wa kushoto.

Tukumbuke kwamba sasa umeme ni mwendo wa mwelekeo wa malipo ya umeme. Hii ina maana kwamba uwanja wa magnetic hufanya kazi kwa malipo ya kusonga. Na katika kesi hii tunaweza pia kutumia sheria ya kushoto ili kuamua mwelekeo wa hatua hii.

Angalia picha hapa chini kwa matumizi tofauti ya sheria ya mkono wa kushoto, na uchanganue kila kesi mwenyewe.

Mchele. 3. Matumizi mbalimbali ya sheria ya mkono wa kushoto

Hatimaye, ukweli mmoja muhimu zaidi. Ikiwa sasa ya umeme au kasi ya chembe ya kushtakiwa inaelekezwa kando ya mistari ya shamba la magnetic, basi hakutakuwa na athari ya shamba la magnetic kwenye vitu hivi.

Orodha ya fasihi ya ziada:

Aslamazov L.G. Harakati ya chembe za kushtakiwa katika uwanja wa umeme na sumaku // Quantum. - 1984. - Nambari 4. - P. 24-25. Myakishev G.Ya. Je! motor ya umeme inafanya kazije? // Quantum. - 1987. - Nambari 5. - P. 39-41. Kitabu cha maandishi cha fizikia ya msingi. Mh. G.S. Landsberg. T. 2. - M., 1974. Yavorsky B.M., Pinsky A.A. Misingi ya Fizikia. T.2. - M.: Fizmatlit, 2003.

Mtihani wa fizikia Sheria ya mkono wa kushoto. Utambuzi wa uga wa sumaku kwa athari yake kwenye mkondo wa umeme kwa wanafunzi wa darasa la 9 wenye majibu. Jaribio linajumuisha maswali 10 ya chaguo nyingi.

1. Mwelekeo wa sasa katika magnetism unafanana na mwelekeo wa harakati

1) elektroni
2) ions hasi
3) chembe chanya
4) hakuna jibu sahihi

2. Sura ya mraba iko katika uga sare wa sumaku kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu. Mwelekeo wa sasa katika sura unaonyeshwa na mishale.

Nguvu inayofanya kazi upande wa chini wa sura inaelekezwa

3. Mzunguko wa umeme unaojumuisha waendeshaji wanne wa usawa wa moja kwa moja (1-2, 2-3, 3-4, 4-1) na chanzo cha moja kwa moja cha sasa kiko kwenye uwanja wa sumaku sare, mistari ya nguvu ambayo inaelekezwa juu kwa wima (tazama. Mtini., tazama hapo juu).

1) kwa usawa kwenda kulia
2) kwa usawa kwenda kushoto
3) wima juu
4) wima chini

4. Mzunguko wa umeme unaojumuisha waendeshaji wanne wa usawa wa moja kwa moja (1-2, 2-3, 3-4, 4-1) na chanzo cha moja kwa moja cha moja kwa moja iko kwenye uwanja wa sumaku sare, mistari ambayo inaelekezwa kwa usawa kwenda kulia (tazama. takwimu, mtazamo wa juu).

5. Uendeshaji wa motor ya umeme inategemea

1) athari ya shamba la sumaku kwenye kondakta anayebeba sasa umeme
2) mwingiliano wa umeme wa malipo
3) uzushi wa kujiingiza
4) athari ya shamba la umeme kwenye malipo ya umeme

6. Kusudi kuu la motor ya umeme ni kubadilisha

1) nishati ya mitambo katika nishati ya umeme
2) nishati ya umeme katika nishati ya mitambo
3) nishati ya ndani ndani ya nishati ya mitambo
4) nishati ya mitambo katika aina mbalimbali za nishati

7. Uga wa sumaku hufanya kazi kwa nguvu isiyo ya sifuri ikiwa imewashwa

1) atomi katika mapumziko
2) ion ya kupumzika
3) ioni inayotembea kwenye mistari ya induction ya sumaku
4) ioni inayohamia perpendicular kwa mistari ya induction ya sumaku

8. Chagua kauli sahihi.

A. ili kuamua mwelekeo wa nguvu inayotenda kwenye chembe iliyo na chaji chanya, vidole vinne vya mkono wa kushoto vinapaswa kuwekwa kwenye mwelekeo wa kasi ya chembe.
B. ili kuamua mwelekeo wa nguvu inayotenda kwenye chembe iliyo na chaji hasi, vidole vinne vya mkono wa kushoto vinapaswa kuwekwa kando ya mwelekeo wa kasi ya chembe.

1) pekee A
2) tu B
3) A na B
4) sio A wala B

9. Chembe iliyochajiwa vyema na kasi iliyoelekezwa kwa mlalo v

1) Chini wima
2) Wima juu
3) Juu yetu
4) Kutoka kwetu

10. Chembe iliyochajiwa hasi na kasi iliyoelekezwa mlalo v, huruka kwenye eneo la shamba lililo sawa na mistari ya sumaku. Nguvu inayofanya kazi kwenye chembe inaelekezwa wapi?

1) Kwetu
2) Kutoka kwetu
3) Kwa usawa kuelekea kushoto katika ndege ya kuchora
4) Kwa usawa na kulia katika ndege ya kuchora

Majibu kwa jaribio la fizikia Sheria ya mkono wa kushoto Kugundua uga wa sumaku kwa athari yake kwenye mkondo wa umeme
1-3
2-4
3-2
4-3
5-1
6-2
7-4
8-3
9-4
10-2

Utawala wa mkono wa kushoto hutumiwa kuamua mwelekeo wa nguvu ya Ampere pamoja na nguvu ya Lorentz. Sheria hii ni rahisi kukumbuka kwa sababu ni rahisi na wazi.

Maneno ya kanuni hii ni:

Ikiwa utaweka kiganja cha mkono wako wa kushoto ili vidole vinne vilivyopanuliwa vionyeshe mwelekeo wa sasa, na mistari ya nguvu ya uwanja wa nje wa sumaku huingia kwenye kiganja kilicho wazi, kisha kidole kilichowekwa digrii 90 kitaonyesha mwelekeo wa nguvu. .

Kielelezo 1 - Mchoro wa utawala wa mkono wa kushoto

Baadhi ya nyongeza kwa sheria hii inaweza kufanywa. Kwa mfano, ikiwa sheria ya mkono wa kushoto inatumiwa kuamua mwelekeo wa nguvu ambayo itafanya kazi kwenye elektroni au ioni iliyo na chaji hasi. Ambayo itasonga kwenye uwanja wa sumaku. Ni muhimu kukumbuka kuwa mwelekeo ambao elektroni husogea ni kinyume na mwelekeo wa harakati ya sasa. Kwa kuwa imetokea kihistoria kwamba mwelekeo wa harakati ya sasa inachukuliwa kutoka kwa electrode nzuri hadi hasi.

Na elektroni husogea kando ya kondakta kutoka kwa nguzo hasi hadi chanya.

Kwa kumalizia, tunaweza kusema kwamba matumizi ya mbinu mbalimbali za kuona hurahisisha sana kukariri hii au sheria hiyo. Baada ya yote, ni rahisi zaidi kukumbuka picha kuliko maandishi kavu.

• Kwa mengi ya kesi hizi, pamoja na uundaji wa jumla ambao unaruhusu mtu kuamua mwelekeo wa bidhaa ya vector au mwelekeo wa msingi kwa ujumla, kuna uundaji maalum wa sheria ambao umebadilishwa vizuri kwa kila hali maalum (lakini. kiasi kidogo cha jumla).

Kimsingi, kama sheria, uchaguzi wa moja ya mwelekeo mbili unaowezekana wa vekta ya axial inachukuliwa kuwa ya masharti, lakini inapaswa kutokea kila wakati kwa njia ile ile ili ishara isichanganyike katika matokeo ya mwisho ya mahesabu. Hivi ndivyo sheria zinazounda somo la kifungu hiki ni za (zinakuwezesha daima kushikamana na chaguo sawa).

Kanuni ya jumla (kuu).

Sheria kuu, ambayo inaweza kutumika katika lahaja ya sheria ya gimlet (screw) na katika lahaja ya sheria ya mkono wa kulia, ni sheria ya kuchagua mwelekeo wa besi na bidhaa ya vekta (au hata kwa moja ya mbili, kwa kuwa moja imedhamiriwa moja kwa moja kupitia nyingine). Ni muhimu kwa sababu, kwa kanuni, ni ya kutosha kwa matumizi katika matukio yote badala ya sheria nyingine zote, ikiwa tu unajua utaratibu wa mambo katika kanuni zinazofanana.

Kuchagua sheria ya kuamua mwelekeo mzuri wa bidhaa ya vector na kwa msingi chanya(mifumo ya kuratibu) katika nafasi tatu-dimensional zinahusiana kwa karibu.

Kushoto (kushoto kwenye takwimu) na kulia (kulia) Mifumo ya kuratibu ya Cartesian (misingi ya kushoto na kulia). Kwa ujumla inachukuliwa kuwa chanya na ile sahihi inatumiwa kwa chaguo-msingi (hili ni mkataba unaokubalika kwa ujumla; lakini ikiwa sababu maalum zitamlazimisha mtu kukengeuka kutoka kwa mkataba huu, hii inapaswa kuelezwa wazi)

Sheria hizi zote mbili kimsingi ni za kawaida tu, lakini inakubalika kwa ujumla (angalau isipokuwa ikiwa kinyume imeelezwa wazi) kudhaniwa, na ni makubaliano yanayokubalika kwa ujumla, kwamba chanya ni. msingi sahihi, na bidhaa ya vector inafafanuliwa ili kwa msingi mzuri wa orthonormal e → x , e → y , e → z (\mtindo wa kuonyesha (\vec (e))_(x),(\vec (e))_(y),(\vec (e))_(z))(msingi wa kuratibu za Cartesian za mstatili na mizani ya kitengo pamoja na shoka zote, zinazojumuisha vekta za kitengo kwenye shoka zote), zifuatazo zinashikilia:

ambapo msalaba wa oblique unaashiria uendeshaji wa kuzidisha vector.

Kwa chaguo-msingi, ni kawaida kutumia misingi chanya (na hivyo ni sawa). Kimsingi, ni kawaida kutumia besi za kushoto haswa wakati wa kutumia moja ya kulia ni ngumu sana au haiwezekani kabisa (kwa mfano, ikiwa tunayo msingi sahihi unaoonyeshwa kwenye kioo, basi tafakari inawakilisha msingi wa kushoto, na hakuna kinachoweza kufanywa. kuhusu hilo).

Kwa hiyo, sheria ya bidhaa ya vector na sheria ya kuchagua (kujenga) msingi mzuri ni sawa.

Wanaweza kutengenezwa kama hii:

Kwa bidhaa ya msalaba

Utawala wa gimlet (screw) kwa bidhaa ya msalaba: Ikiwa unachora vekta ili asili yao ifanane na kuzungusha vekta ya sababu ya kwanza kwa njia fupi kwa vekta ya sababu ya pili, basi gimlet (screw), inayozunguka kwa njia ile ile, itapigwa kwa mwelekeo wa vekta ya bidhaa. .

Lahaja ya kanuni ya gimlet (screw) kwa bidhaa ya vekta kwa mwelekeo wa saa: Ikiwa tunachora vekta ili asili yao ilingane na kuzungusha vekta-sababu ya kwanza kwa njia fupi hadi kwa sababu ya vekta ya pili na kuangalia kutoka upande ili mzunguko huu uwe wa saa kwa ajili yetu, bidhaa ya vekta itaelekezwa mbali. kutoka kwetu (kuingia kwenye saa).

Sheria ya mkono wa kulia kwa bidhaa mtambuka (chaguo la kwanza):

Ikiwa utachora vekta ili asili yao ifanane na kuzungusha vekta ya sababu ya kwanza kwa njia fupi hadi kwa vekta ya sababu ya pili, na vidole vinne vya mkono wa kulia vinaonyesha mwelekeo wa kuzunguka (kana kwamba inafunika silinda inayozunguka), basi kidole gumba kinachochomoza kitaonyesha mwelekeo wa vekta ya bidhaa.

Sheria ya mkono wa kulia kwa bidhaa tofauti (chaguo la pili):

A → × b → = c → (\mtindo wa kuonyesha (\vec (a))\nyakati (\vec (b))=(\vec (c)))

Ikiwa utachora veta ili asili yao ilingane na kidole cha kwanza (kidole) cha mkono wa kulia kinaelekezwa kando ya vekta ya kwanza, kidole cha pili (index) kando ya vekta ya pili, kisha ya tatu (katikati) itaonyesha ( takriban) mwelekeo wa vector ya bidhaa (tazama. kuchora).

Kuhusiana na electrodynamics, sasa (I) inaelekezwa kando ya kidole, vector ya induction magnetic (B) inaelekezwa kando ya kidole cha index, na nguvu (F) itaelekezwa kando ya kidole cha kati. Mnemonically, utawala ni rahisi kukumbuka kwa kifupi FBI (nguvu, introduktionsutbildning, sasa au Shirikisho Ofisi ya Upelelezi (FBI) kutafsiriwa kutoka Kiingereza) na nafasi ya vidole, kukumbusha bastola.

Kwa misingi

Sheria hizi zote zinaweza, bila shaka, kuandikwa upya ili kuamua mwelekeo wa besi. Wacha tuandike tena mbili tu kati yao: Sheria ya mkono wa kulia kwa msingi:

x, y, z - mfumo wa kuratibu wa kulia.

Ikiwa katika msingi e x , e y , e z (\displaystyle e_(x),e_(y),e_(z))(inayojumuisha vekta kando ya shoka x, y, z) elekeza kidole cha kwanza (kidole) cha mkono wa kulia kando ya vekta ya msingi (yaani, kando ya mhimili x), ya pili (index) - kando ya pili (yaani, kando ya mhimili y), na ya tatu (katikati) itaelekezwa (takriban) kwa mwelekeo wa tatu (pamoja na z), basi huu ni msingi sahihi(kama ilivyotokea kwenye picha).

Utawala wa gimlet (screw) kwa msingi: Ikiwa unazunguka gimlet na vectors ili vector ya msingi ya kwanza inaelekea kwa pili kwa njia fupi iwezekanavyo, basi gimlet (screw) itapigwa kwa mwelekeo wa vector ya msingi wa tatu, ikiwa ni msingi sahihi.

• Yote hii, kwa kweli, inalingana na upanuzi wa sheria ya kawaida ya kuchagua mwelekeo wa kuratibu kwenye ndege (x - kulia, y - juu, z - kuelekea sisi). Mwisho unaweza kuwa sheria nyingine ya mnemonic, kwa kanuni yenye uwezo wa kuchukua nafasi ya utawala wa gimlet, mkono wa kulia, nk. mpaka zinapatana na msingi , mwelekeo ambao tunataka kuamua, na inaweza kupelekwa kwa njia yoyote).

Uundaji wa sheria ya gimlet (screw) au sheria ya mkono wa kulia kwa kesi maalum

Ilielezwa hapo juu kwamba uundaji wote mbalimbali wa utawala wa gimlet au utawala wa mkono wa kulia (na sheria nyingine zinazofanana), ikiwa ni pamoja na yote yaliyotajwa hapa chini, sio lazima. Si lazima kuzijua ikiwa unajua (angalau katika baadhi ya vibadala) kanuni ya jumla iliyoelezwa hapo juu na kujua mpangilio wa mambo katika fomula zilizo na bidhaa ya vekta.

Hata hivyo, sheria nyingi zilizoelezwa hapo chini zimechukuliwa vizuri kwa kesi maalum za maombi yao na kwa hiyo inaweza kuwa rahisi sana na rahisi kuamua haraka mwelekeo wa vectors katika kesi hizi.

Sheria ya mkono wa kulia au gimlet (screw) kwa mzunguko wa kasi wa mitambo

Sheria ya mkono wa kulia au gimlet (screw) kwa kasi ya angular

Utawala wa mkono wa kulia au gimlet (screw) kwa wakati wa nguvu

(wapi F → i (\mtindo wa kuonyesha (\vec (F))_(i))- nguvu kutumika kwa i- hatua ya mwili, r → i (\mtindo wa kuonyesha (\vec (r))_(i))- vector ya radius, × (\mtindo wa maonyesho \nyakati)- ishara ya kuzidisha vekta),

sheria pia kwa ujumla zinafanana, lakini tutaziunda kwa uwazi.

Sheria ya gimlet (screw): Ikiwa unazunguka screw (gimlet) katika mwelekeo ambao nguvu huwa na kugeuza mwili, screw itaingia (au kufuta) katika mwelekeo ambapo wakati wa nguvu hizi unaelekezwa.

Sheria ya mkono wa kulia: Ikiwa tunafikiria kuwa tulichukua mwili kwa mkono wetu wa kulia na tunajaribu kuugeuza kuelekea upande ambao vidole vinne vinaelekeza (nguvu zinazojaribu kugeuza mwili zimeelekezwa kwa vidole hivi), basi kidole gumba kinachojitokeza kitaelekeza. katika mwelekeo ambapo torque inaelekezwa (wakati wa nguvu hizi).

Utawala wa mkono wa kulia na gimlet (screw) katika magnetostatics na electrodynamics

Kwa uingizaji wa sumaku (sheria ya Biot-Savart)

Sheria ya gimlet (screw): Ikiwa mwelekeo wa harakati ya kutafsiri ya gimlet (screw) inafanana na mwelekeo wa sasa katika kondakta, basi mwelekeo wa mzunguko wa kushughulikia gimlet unafanana na mwelekeo wa vector ya induction ya magnetic ya shamba iliyoundwa na sasa hii..

Utawala wa mkono wa kulia: Ikiwa unafunga kondakta kwa mkono wako wa kulia ili kidole kinachojitokeza kionyeshe mwelekeo wa sasa, basi vidole vilivyobaki vitaonyesha mwelekeo wa mistari ya induction ya sumaku ya shamba iliyoundwa na mkondo huu unaofunika kondakta, na kwa hivyo mwelekeo. ya vekta ya induction ya sumaku, inayoelekezwa kila mahali kwa mistari hii.

Kwa solenoid imeundwa kama ifuatavyo: Ikiwa unafunga solenoid na kiganja cha mkono wako wa kulia ili vidole vinne vielekezwe kando ya mkondo katika zamu, basi kidole kilichopanuliwa kitaonyesha mwelekeo wa mistari ya shamba la sumaku ndani ya solenoid.

Kwa sasa katika kondakta kusonga katika shamba magnetic

Utawala wa mkono wa kulia: Ikiwa kiganja cha mkono wa kulia kimewekwa ili mistari ya shamba la sumaku iingie, na kidole kilichopigwa kinaelekezwa pamoja na harakati ya kondakta, basi vidole vinne vilivyopanuliwa vitaonyesha mwelekeo wa sasa wa induction.

Kwa wale ambao hawakuwa wazuri katika fizikia shuleni, sheria ya gimlet bado ni "terra incognita" halisi leo. Hasa ikiwa unajaribu kupata ufafanuzi wa sheria inayojulikana kwenye mtandao: injini za utafutaji zitarudi mara moja maelezo mengi ya kisayansi ya kisasa na michoro ngumu. Hata hivyo, inawezekana kabisa kwa ufupi na kwa uwazi kueleza ni nini.

Sheria ya gimlet ni nini?

Gimlet - chombo cha mashimo ya kuchimba visima

Inasikika kama hii: katika hali ambapo mwelekeo wa gimlet unafanana na mwelekeo wa sasa katika kondakta wakati wa harakati za kutafsiri, basi wakati huo huo mwelekeo wa mzunguko wa kushughulikia gimlet utakuwa sawa na hilo.

Kutafuta mwelekeo

Ili kuelewa, bado unapaswa kukumbuka masomo yako ya shule. Kwao, walimu wa fizikia walituambia kwamba sasa umeme ni harakati ya chembe za msingi, ambazo wakati huo huo hubeba malipo yao pamoja na nyenzo za conductive. Shukrani kwa chanzo, harakati ya chembe katika kondakta inaelekezwa. Harakati, kama tunavyojua, ni maisha, na kwa hivyo hakuna kitu zaidi ya uwanja wa sumaku unaotokea karibu na kondakta, na pia huzunguka. Lakini jinsi gani?

Jibu linatolewa na sheria hii (bila kutumia zana yoyote maalum), na matokeo yake yanageuka kuwa ya thamani sana, kwa sababu kulingana na mwelekeo wa uwanja wa sumaku, waendeshaji kadhaa huanza kutenda kulingana na hali tofauti kabisa: ama. kurudisha kila mmoja, au, kinyume chake, kukimbilia kwa kila mmoja.

Matumizi

Njia rahisi zaidi ya kuamua njia ya harakati ya mistari ya shamba la sumaku ni kutumia kanuni ya gimlet

Unaweza kufikiria kwa njia hii - kwa kutumia mfano wa mkono wako wa kulia na waya wa kawaida zaidi. Tunaweka waya mikononi mwetu. Tunapiga vidole vinne kwa nguvu kwenye ngumi. Kidole gumba kinaelekeza juu - kama ishara ambayo kwayo tunaonyesha kuwa tunapenda kitu. Katika "mpangilio" huu, kidole gumba kitaonyesha wazi mwelekeo wa harakati ya sasa, wakati zingine nne zinaonyesha njia ya harakati ya mistari ya shamba la sumaku.

Sheria hiyo inatumika sana katika maisha. Wanafizikia wanaihitaji ili kuamua mwelekeo wa uwanja wa sumaku wa sasa, kuhesabu kasi ya mzunguko wa mitambo, vekta ya induction ya sumaku na torque.

Kwa njia, ukweli kwamba sheria hiyo inatumika kwa hali mbalimbali pia inaonyeshwa na ukweli kwamba kuna tafsiri kadhaa zake, kulingana na kila kesi maalum inayozingatiwa.