Cách xác định phương bằng quy tắc bàn tay trái. Hai quy tắc của bàn tay phải

Nhờ video hướng dẫn hôm nay, chúng ta sẽ tìm hiểu cách phát hiện từ trường thông qua tác dụng của nó lên dòng điện. Chúng ta hãy nhớ lại quy tắc của bàn tay trái. Thông qua thí nghiệm, chúng ta biết được cách phát hiện từ trường thông qua tác dụng của nó lên một dòng điện khác. Cùng tìm hiểu quy tắc bàn tay trái là gì nhé.

Trong bài học này chúng ta sẽ thảo luận về vấn đề phát hiện từ trường bằng tác dụng của nó lên dòng điện và làm quen với quy tắc bàn tay trái.

Hãy chuyển sang trải nghiệm. Thí nghiệm đầu tiên như vậy để nghiên cứu sự tương tác của dòng điện được thực hiện bởi nhà khoa học người Pháp Ampere vào năm 1820. Thí nghiệm như sau: một dòng điện chạy qua các dây dẫn song song theo một hướng, sau đó quan sát thấy sự tương tác của các dây dẫn này theo các hướng khác nhau.

Cơm. 1. Thí nghiệm của Ampe. Dây dẫn cùng chiều mang dòng điện hút nhau, dây dẫn ngược chiều đẩy nhau

Nếu bạn lấy hai dây dẫn song song có dòng điện chạy cùng chiều thì trong trường hợp này hai dây dẫn sẽ hút nhau. Khi dòng điện chạy theo các hướng khác nhau trong cùng một dây dẫn thì các dây dẫn sẽ đẩy nhau. Vì vậy, chúng ta quan sát tác dụng lực của từ trường lên dòng điện. Vì vậy, chúng ta có thể nói như sau: một từ trường được tạo ra bởi một dòng điện và được phát hiện bởi tác dụng của nó lên một dòng điện khác (lực Ampe).

Khi một số lượng lớn các thí nghiệm tương tự được thực hiện, người ta đã thu được một quy tắc liên quan đến hướng của đường sức từ, hướng của dòng điện và tác dụng lực của từ trường. Quy tắc này được gọi là quy tắc bàn tay trái. Định nghĩa: tay trái phải đặt sao cho các đường sức từ đi vào lòng bàn tay, bốn ngón duỗi ra chỉ chiều dòng điện - khi đó ngón cái cong sẽ chỉ chiều của từ trường.

Cơm. 2. Quy tắc bàn tay trái

Xin lưu ý: chúng ta không thể nói rằng đường sức từ hướng tới đâu thì từ trường tác dụng ở đó. Ở đây mối quan hệ giữa các đại lượng có phần phức tạp hơn nên chúng ta sử dụng quy tắc bàn tay trái.

Chúng ta hãy nhớ rằng dòng điện là chuyển động có hướng của các điện tích. Điều này có nghĩa là từ trường tác dụng lên một điện tích chuyển động. Và trong trường hợp này chúng ta cũng có thể sử dụng quy tắc bàn tay trái để xác định chiều của hành động này.

Hãy xem hình bên dưới để biết các cách sử dụng khác nhau của quy tắc bàn tay trái và tự mình phân tích từng trường hợp.

Cơm. 3. Một số ứng dụng của quy tắc bàn tay trái

Cuối cùng, một sự thật quan trọng hơn. Nếu dòng điện hoặc tốc độ của hạt tích điện hướng dọc theo đường sức từ thì sẽ không có tác dụng của từ trường lên các vật thể này.

Danh sách tài liệu bổ sung:

Aslamazov L.G. Chuyển động của các hạt tích điện trong điện trường và từ trường // Lượng tử. - 1984. - Số 4. - Tr. 24-25. Myakishev G.Ya. Động cơ điện hoạt động như thế nào? // Lượng tử. - 1987. - Số 5. - Tr. 39-41. Sách vật lý tiểu học. Ed. G.S. Landsberg. T. 2. - M., 1974. Yavorsky B.M., Pinsky A.A. Nguyên tắc cơ bản của Vật lý. T.2. - M.: Fizmatlit, 2003.

Trắc nghiệm vật lý Quy tắc bàn tay trái. Phát hiện từ trường qua tác dụng của nó lên dòng điện cho học sinh lớp 9 có đáp án. Bài kiểm tra bao gồm 10 câu hỏi trắc nghiệm.

1. Chiều của dòng điện trong từ trường trùng với chiều chuyển động

1) điện tử
2) ion âm
3) hạt tích cực
4) không có câu trả lời nào đúng

2. Khung hình vuông đặt trong từ trường đều như hình vẽ. Hướng của dòng điện trong khung được biểu thị bằng các mũi tên.

Lực tác dụng lên mặt dưới của khung có hướng

3. Một mạch điện gồm bốn dây dẫn thẳng nằm ngang (1-2, 2-3, 3-4, 4-1) và một nguồn dòng điện một chiều đặt trong một từ trường đều, các đường sức của chúng hướng thẳng đứng lên trên (xem Hình., xem ở trên).

1) theo chiều ngang bên phải
2) theo chiều ngang bên trái
3) theo chiều dọc lên
4) theo chiều dọc xuống

4. Một mạch điện gồm bốn dây dẫn thẳng nằm ngang (1-2, 2-3, 3-4, 4-1) và một nguồn dòng điện một chiều đặt trong từ trường đều, các đường dây của chúng hướng theo chiều ngang về bên phải (xem hình, nhìn từ trên xuống).

5. Hoạt động của động cơ điện dựa trên

1) tác dụng của từ trường lên dây dẫn mang dòng điện
2) tương tác tĩnh điện của điện tích
3) hiện tượng tự cảm ứng
4) tác dụng của điện trường lên điện tích

6. Mục đích chính của động cơ điện là chuyển đổi

1) cơ năng thành điện năng
2) năng lượng điện thành năng lượng cơ học
3) nội năng thành cơ năng
4) cơ năng thành các dạng năng lượng khác nhau

7. Từ trường tác dụng một lực khác 0 lên

1) nguyên tử đứng yên
2) ion nghỉ
3) một ion chuyển động dọc theo đường cảm ứng từ
4) một ion chuyển động vuông góc với đường cảm ứng từ

8. Chọn (các) phát biểu đúng.

A. để xác định hướng của lực tác dụng lên một hạt tích điện dương, đặt bốn ngón tay của bàn tay trái theo hướng vận tốc của hạt
B. để xác định hướng của lực tác dụng lên một hạt tích điện âm, đặt bốn ngón tay của bàn tay trái ngược với hướng vận tốc của hạt

1) chỉ A
2) chỉ B
3) cả A và B
4) cả A và B

9. Một hạt tích điện dương có vận tốc chuyển động theo phương ngang v

1) Xuống theo chiều dọc
2) Lên theo chiều dọc
3) Về chúng tôi
4) Từ chúng tôi

10. Một hạt tích điện âm có vận tốc chuyển động theo phương ngang v, bay vào vùng từ trường vuông góc với đường sức từ. Lực tác dụng lên hạt có hướng như thế nào?

1) Đối với chúng tôi
2) Từ chúng tôi
3) Theo chiều ngang bên trái trong mặt phẳng vẽ
4) Theo chiều ngang bên phải trong mặt phẳng vẽ

Đáp án trắc nghiệm vật lý Quy tắc bàn tay trái Phát hiện từ trường do tác dụng của nó lên dòng điện
1-3
2-4
3-2
4-3
5-1
6-2
7-4
8-3
9-4
10-2

Quy tắc bàn tay trái được sử dụng để xác định hướng của lực Ampe cũng như lực Lorentz. Quy tắc này thuận tiện cho việc ghi nhớ vì nó khá đơn giản và rõ ràng.

Nội dung của quy tắc này là:

Nếu bạn đặt lòng bàn tay trái sao cho 4 ngón duỗi ra chỉ chiều dòng điện, các đường sức từ của từ trường bên ngoài đi vào lòng bàn tay đang mở thì ngón cái đặt 90 độ sẽ chỉ chiều của lực. .

Hình 1 - Minh họa quy tắc bàn tay trái

Một số bổ sung cho quy tắc này có thể được thực hiện. Ví dụ, nếu áp dụng quy tắc bàn tay trái để xác định hướng của lực sẽ tác dụng lên một electron hoặc ion tích điện âm. Mà sẽ di chuyển trong một từ trường. Điều cần thiết là phải nhớ rằng hướng chuyển động của electron ngược với hướng chuyển động của dòng điện. Vì trong lịch sử đã xảy ra rằng hướng chuyển động của dòng điện được chuyển từ cực dương sang cực âm.

Và các electron di chuyển dọc theo dây dẫn từ cực âm sang cực dương.

Tóm lại, chúng ta có thể nói rằng việc sử dụng các phương pháp trực quan khác nhau giúp đơn giản hóa đáng kể việc ghi nhớ quy tắc này hoặc quy tắc kia. Rốt cuộc, việc ghi nhớ một hình ảnh sẽ dễ dàng hơn nhiều so với việc ghi nhớ một đoạn văn bản khô khan.

• Trong nhiều trường hợp, ngoài công thức tổng quát cho phép xác định hướng của tích vectơ hoặc hướng của cơ số nói chung, còn có những công thức đặc biệt của quy tắc đặc biệt thích ứng tốt với từng tình huống cụ thể (nhưng ít chung chung hơn nhiều).

Về nguyên tắc, theo quy luật, việc lựa chọn một trong hai hướng có thể có của vectơ trục được coi là hoàn toàn có điều kiện, nhưng nó phải luôn xảy ra theo cùng một cách để dấu không bị nhầm lẫn trong kết quả tính toán cuối cùng. Đây chính là mục đích của các quy tắc hình thành chủ đề của bài viết này (chúng cho phép bạn luôn tuân theo cùng một lựa chọn).

Quy tắc chung (chính)

Quy tắc chính, có thể được sử dụng cả trong biến thể của quy tắc gimlet (ốc vít) và biến thể của quy tắc bàn tay phải, là quy tắc chọn hướng cho các đáy và tích vectơ (hoặc thậm chí cho một trong các cả hai, vì cái này được xác định trực tiếp thông qua cái kia). Điều này quan trọng vì về nguyên tắc, nó đủ để sử dụng trong mọi trường hợp thay vì tất cả các quy tắc khác, chỉ cần bạn biết thứ tự của các thừa số trong các công thức tương ứng.

Chọn quy tắc xác định chiều dương của tích vectơ và cho cơ sở tích cực(hệ tọa độ) trong không gian ba chiều có liên quan chặt chẽ với nhau.

Hệ tọa độ Descartes bên trái (bên trái trong hình) và bên phải (bên phải) (cơ sở bên trái và bên phải). Nó thường được coi là tích cực và cái đúng được sử dụng theo mặc định (đây là quy ước được chấp nhận rộng rãi; nhưng nếu lý do đặc biệt buộc một người phải đi chệch khỏi quy ước này thì điều này cần được nêu rõ ràng)

Cả hai quy tắc này về nguyên tắc đều thuần túy mang tính quy ước, nhưng nhìn chung nó được chấp nhận (ít nhất trừ khi điều ngược lại được nêu rõ ràng) là giả định, và đó là một thỏa thuận được chấp nhận rộng rãi, rằng tích cực là cơ sở đúng đắn và tích vectơ được xác định sao cho với cơ sở trực chuẩn dương e → x , e → y , e → z (\displaystyle (\vec (e))_(x),(\vec (e))_(y),(\vec (e))_(z))(cơ sở tọa độ Descartes hình chữ nhật với thang đo đơn vị dọc theo tất cả các trục, bao gồm các vectơ đơn vị dọc theo tất cả các trục), các khẳng định sau:

trong đó chữ thập xiên biểu thị phép toán nhân vectơ.

Theo mặc định, người ta thường sử dụng cơ số dương (và do đó đúng). Về nguyên tắc, người ta thường sử dụng cơ sở bên trái chủ yếu khi sử dụng cơ sở bên phải là rất bất tiện hoặc hoàn toàn không thể (ví dụ: nếu chúng ta có một cơ sở bên phải được phản chiếu trong gương, thì sự phản chiếu tượng trưng cho cơ sở bên trái, và không thể làm gì được về nó).

Do đó, quy tắc tích vectơ và quy tắc chọn (xây dựng) cơ sở dương là nhất quán lẫn nhau.

Chúng có thể được xây dựng như thế này:

Đối với một sản phẩm chéo

Quy tắc gimlet (vít) cho tích chéo: Nếu vẽ các vectơ sao cho gốc trùng nhau và quay vectơ nhân tố thứ nhất một cách ngắn nhất sang vectơ nhân tố thứ hai thì gimlet (ốc vít) quay theo chiều tương tự sẽ bị vít theo hướng của vectơ tích .

Biến thể của quy tắc gimlet (ốc vít) cho tích vector theo chiều kim đồng hồ: Nếu chúng ta vẽ các vectơ sao cho gốc trùng nhau và xoay thừa số vectơ thứ nhất một cách ngắn nhất đến thừa số vectơ thứ hai và nhìn từ bên sao cho phép quay này theo chiều kim đồng hồ đối với chúng ta thì tích vectơ sẽ bị hướng đi từ chúng tôi (được vặn vào đồng hồ).

Quy tắc bàn tay phải cho tích chéo (tùy chọn đầu tiên):

Nếu bạn vẽ các vectơ sao cho gốc trùng nhau và xoay vectơ nhân tố thứ nhất theo đường ngắn nhất đến vectơ nhân tố thứ hai và bốn ngón tay của bàn tay phải chỉ chiều quay (như thể che một hình trụ đang quay), thì ngón cái nhô ra sẽ chỉ hướng của vectơ sản phẩm.

Quy tắc bàn tay phải cho tích chéo (tùy chọn thứ hai):

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

Nếu bạn vẽ các vectơ sao cho điểm gốc của chúng trùng nhau và ngón tay thứ nhất (ngón cái) của bàn tay phải hướng dọc theo vectơ nhân tố thứ nhất, ngón trỏ (ngón trỏ) thứ hai dọc theo vectơ nhân tố thứ hai, thì ngón thứ ba (giữa) sẽ hiển thị ( xấp xỉ) hướng của vectơ sản phẩm (xem . bản vẽ).

Liên quan đến điện động lực học, dòng điện (I) hướng dọc theo ngón tay cái, vectơ cảm ứng từ (B) hướng dọc theo ngón trỏ và lực (F) sẽ hướng dọc theo ngón giữa. Về mặt ghi nhớ, quy tắc này rất dễ nhớ bởi từ viết tắt FBI (lực lượng, cảm ứng, hiện tại hoặc Cục Điều tra Liên bang (FBI) dịch từ tiếng Anh) và vị trí của các ngón tay, gợi nhớ đến một khẩu súng lục.

Đối với căn cứ

Tất nhiên, tất cả các quy tắc này có thể được viết lại để xác định hướng của các căn cứ. Chúng ta hãy chỉ viết lại hai trong số chúng: Quy tắc bàn tay phải cho cơ sở:

x, y, z - hệ tọa độ bên phải.

Nếu trong cơ sở e x , e y , e z (\displaystyle e_(x),e_(y),e_(z))(gồm các vectơ dọc theo trục XYZ) hướng ngón tay cái (ngón cái) đầu tiên của bàn tay phải dọc theo vectơ cơ sở thứ nhất (nghĩa là dọc theo trục x), thứ hai (chỉ mục) - dọc theo thứ hai (nghĩa là dọc theo trục y) và đường thứ ba (ở giữa) sẽ hướng (xấp xỉ) theo hướng của đường thứ ba (dọc theo z), thì đây là cơ sở đúng đắn(như nó bật ra trong hình).

Quy tắc gimlet (vít) làm chân đế: Nếu bạn xoay gimlet và các vectơ sao cho vectơ cơ sở thứ nhất hướng về vectơ cơ sở thứ hai theo cách ngắn nhất có thể, thì gimlet (ốc vít) sẽ bị vặn theo hướng của vectơ cơ sở thứ ba, nếu đó là cơ sở đúng.

• Tất nhiên, tất cả điều này tương ứng với phần mở rộng của quy tắc thông thường để chọn hướng tọa độ trên mặt phẳng (x - sang phải, y - lên, z - về phía chúng ta). Quy tắc sau có thể là một quy tắc ghi nhớ khác, về nguyên tắc có khả năng thay thế quy tắc của gimlet, tay phải, v.v. (tuy nhiên, việc sử dụng nó đôi khi có thể đòi hỏi một trí tưởng tượng không gian nhất định, vì bạn cần phải xoay các tọa độ được vẽ theo cách thông thường cho đến khi chúng trùng với cơ sở, định hướng mà chúng ta muốn xác định và có thể triển khai theo bất kỳ cách nào).

Công thức của quy tắc gimlet (vít) hoặc quy tắc bàn tay phải cho các trường hợp đặc biệt

Như đã đề cập ở trên rằng tất cả các công thức khác nhau của quy tắc gimlet hoặc quy tắc bàn tay phải (và các quy tắc tương tự khác), bao gồm tất cả những quy tắc được đề cập dưới đây, đều không cần thiết. Không cần thiết phải biết chúng nếu bạn biết (ít nhất là trong một số biến thể) quy tắc chung được mô tả ở trên và biết thứ tự của các thừa số trong công thức chứa tích vectơ.

Tuy nhiên, nhiều quy tắc được mô tả dưới đây thích ứng tốt với các trường hợp ứng dụng đặc biệt và do đó có thể rất thuận tiện và dễ dàng để xác định nhanh chóng hướng của vectơ trong những trường hợp này.

Quy tắc tay phải hoặc gimlet (vít) để quay tốc độ cơ học

Quy tắc bàn tay phải hoặc tay quay (vít) cho vận tốc góc

Quy tắc tay phải hoặc tay cầm (ốc vít) cho mô men lực

(Ở đâu F → i (\displaystyle (\vec (F))_(i))- lực tác dụng lên Tôi-điểm thứ của cơ thể, r → i (\displaystyle (\vec (r))_(i))- vectơ bán kính, × (\displaystyle \times)- dấu nhân vector),

các quy tắc nhìn chung cũng tương tự nhau, nhưng chúng tôi sẽ xây dựng chúng một cách rõ ràng.

Quy tắc của gimlet (vít): Nếu bạn xoay một con vít (gimlet) theo hướng mà các lực có xu hướng làm vật thể quay, thì con vít đó sẽ vặn vào (hoặc tháo ra) theo hướng mà mômen của các lực này hướng tới.

Quy tắc bàn tay phải: Nếu chúng ta tưởng tượng rằng chúng ta cầm cơ thể bằng tay phải và đang cố xoay nó theo hướng mà bốn ngón tay đang chỉ (các lực cố gắng xoay cơ thể đều hướng theo hướng của các ngón tay này), thì ngón tay cái nhô ra sẽ chỉ vào theo hướng mà mô-men xoắn được định hướng (thời điểm của cường độ này).

Quy tắc bàn tay phải và mũi khoan (ốc vít) trong tĩnh từ và điện động lực học

Đối với cảm ứng từ (định luật Biot-Savart)

Quy tắc của gimlet (vít): Nếu hướng chuyển động tịnh tiến của gimlet (ốc vít) trùng với hướng của dòng điện trong dây dẫn thì chiều quay của tay cầm gimlet trùng với hướng của vectơ cảm ứng từ của trường do dòng điện này tạo ra.

Quy tắc bàn tay phải: Nếu bạn kẹp dây dẫn bằng tay phải sao cho ngón cái nhô ra chỉ hướng của dòng điện thì các ngón còn lại sẽ chỉ hướng của đường cảm ứng từ của trường tạo ra bởi dòng điện này bao bọc dây dẫn và do đó chỉ hướng của vectơ cảm ứng từ hướng tới mọi nơi tiếp tuyến với các đường thẳng này.

Đối với điện từ nó được xây dựng như sau: Nếu bạn siết chặt cuộn dây điện bằng lòng bàn tay phải sao cho bốn ngón tay hướng dọc theo dòng điện trong các vòng dây, thì ngón tay cái duỗi ra sẽ chỉ hướng của các đường sức từ bên trong cuộn dây điện từ.

Đối với dòng điện trong dây dẫn chuyển động trong từ trường

Quy tắc bàn tay phải: Nếu lòng bàn tay phải đặt sao cho các đường sức từ đi vào và ngón cái cong hướng theo chuyển động của dây dẫn thì bốn ngón tay duỗi ra sẽ chỉ chiều của dòng điện cảm ứng.

Đối với những người không giỏi vật lý ở trường, quy tắc gimlet vẫn là một “địa hình ẩn danh” thực sự cho đến ngày nay. Đặc biệt nếu bạn cố gắng tìm định nghĩa về một định luật nổi tiếng trên Internet: các công cụ tìm kiếm sẽ ngay lập tức trả về rất nhiều lời giải thích khoa học phức tạp kèm theo các sơ đồ phức tạp. Tuy nhiên, hoàn toàn có thể giải thích ngắn gọn và rõ ràng nó là gì.

Quy tắc gimlet là gì?

Gimlet - công cụ khoan lỗ

Nghe có vẻ như thế này: trong trường hợp hướng của gimlet trùng với hướng của dòng điện trong dây dẫn trong quá trình chuyển động tịnh tiến thì đồng thời hướng quay của tay cầm gimlet sẽ giống với hướng đó.

Đang tìm hướng đi

Để tìm ra nó, bạn vẫn phải nhớ những bài học ở trường. Tại các em, các giáo viên vật lý cho chúng tôi biết rằng dòng điện là chuyển động của các hạt cơ bản, đồng thời mang điện tích của chúng dọc theo vật liệu dẫn điện. Nhờ có nguồn mà chuyển động của các hạt trong dây dẫn được định hướng. Chuyển động, như chúng ta biết, là sự sống, và do đó không gì khác hơn là một từ trường phát sinh xung quanh dây dẫn, và nó cũng quay. Nhưng bằng cách nào?

Câu trả lời được đưa ra theo chính quy tắc này (không sử dụng bất kỳ công cụ đặc biệt nào) và kết quả rất có giá trị, bởi vì tùy thuộc vào hướng của từ trường, một vài dây dẫn bắt đầu hoạt động theo các kịch bản hoàn toàn khác nhau: hoặc đẩy nhau, hoặc ngược lại, lao về phía nhau.

Cách sử dụng

Cách dễ nhất để xác định đường chuyển động của đường sức từ là sử dụng quy tắc gimlet

Bạn có thể tưởng tượng nó theo cách này - sử dụng ví dụ về bàn tay phải của chính bạn và sợi dây thông thường nhất. Chúng tôi đặt dây vào tay. Chúng tôi siết chặt bốn ngón tay thành nắm đấm. Ngón tay cái hướng lên - giống như một cử chỉ thể hiện rằng chúng ta thích thứ gì đó. Trong “bố cục” này, ngón tay cái sẽ chỉ rõ hướng chuyển động của dòng điện, trong khi bốn ngón còn lại chỉ đường chuyển động của các đường sức từ.

Quy luật này khá áp dụng được trong cuộc sống. Các nhà vật lý cần nó để xác định hướng của từ trường của dòng điện, tính tốc độ quay cơ học, vectơ cảm ứng từ và mômen xoắn.

Nhân tiện, việc quy tắc này có thể áp dụng cho nhiều tình huống khác nhau cũng được chỉ ra bởi thực tế là có một số cách giải thích về nó, tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể đang được xem xét.