Из курса физики понятно, что действие магнитного поля на перемещающиеся заряды и на проводник с током заключается в возникновении силы Лоренца либо Ампера. В отличие от большинства других сил, направление деяния этих сил не совпадает с направлением деяния поля, породившего их. Потому было сформулировано особое мнемоническое правило — правило левой руки. Коротко разглядим порядок использования этого правила, разберём соответствующие примеры.
Силы Лоренца и Ампера
Магнитное поле порождается перемещающимися электрическими зарядами. И в свою очередь электрические заряды, перемещающиеся в магнитном поле, испытывают силовое воздействие с его стороны.
Сила, действующая на перемещающийся заряд, именуется силой Лоренца.
Рис. 1. Сила Лоренца.
Модуль силы Лоренца равен:
$$F_L = qvB sin \alpha$$
- $F_L$ — величина силы Лоренца;
- $q$ — величина перемещающегося заряда;
- $v$ — скорость движения заряда;
- $B$ — индукция магнитного поля;
- $\alpha$ — угол между векторами скорости и индукции.
Так как электрический ток представляет собой упорядоченное движение электрических зарядов, то в случае, когда он протекает через магнитное поле, силы Лоренца, действующие на отдельные носители, складываются в одну общую силу, которая именуется силой Ампера.
Рис. 2. Сила Ампера.
Модуль силы Ампера определяется при помощи формулы, похожей на формулу силы Лоренца:
$$F_A= I Δl B sin \alpha$$
- $F_ A$ — величина силы Ампера;
- $I$ — сила тока в проводнике;
- $Δl$ — длина проводника;
- $B$ — индукция магнитного поля;
- $\alpha$ — угол между векторами тока и индукции.
Схожесть формул разъясняется тем, что сила Ампера является макроскопическим проявлением силы Лоренца. Направление деяния этих сил совпадает.
Читайте также: Ремонт и проверка соленоидов Коробка автомат на работоспособность
Использование силы Лоренца в технике
Кинескоп
Кинескоп, стоявший до недавнешнего времени, когда на замену ему пришел LCD-экран (тонкий), в каждом телеке, не сумел бы работать, не будь силы Лоренца. Для формирования на дисплее телевизионного растра из узенького потока электронов служат отклоняющие катушки, в каких создается линейно изменяющееся магнитное поле. Строчные катушки перемещают электронный луч слева вправо и возвращают назад, кадровые отвечают за вертикальное перемещение, двигая бегающий по горизонтали луч сверху вниз. Таковой же принцип применяется в осциллографах – устройствах, служащих для исследования переменного электрического напряжения.
Масс-спектрограф
Масс-спектрограф – устройство, использующий зависимость радиуса вращения заряженной частички от ее удельного заряда. Принцип его работы следующий:
Источник заряженных частиц, которые набирают скорость при помощи сделанного искусственно электрического поля, с целью исключения воздействия молекул воздуха помещается в вакуумную камеру. Частички вылетают из источника и, пройдя по дуге окружности, ударяются в фотопластинку, оставляя на ней следы. Зависимо от удельного заряда изменяется радиус линии движения и, означает, точка удара. Этот радиус просто измерить, а зная его, можно вычислить массу частички. При помощи масс-спектрографа, к примеру, изучался состав лунного грунта.
Циклотрон
Независимость периода, а означает, и частоты вращения заряженной частички от её скорости в присутствии магнитного поля применяется в приборе, именуемом циклотроном и созданном для разгона частиц до больших скоростей. Циклотрон – это два полых железных полуцилиндров – дуанта (по форме любой из них припоминает латинскую буковку D), помещенных прямыми сторонами навстречу друг дружке на маленьком расстоянии.
Дуанты помещаются в неизменное однородное магнитное поле, а между ними создается переменное электрическое поле, частота которого равна частоте вращения частички, определяемой напряженностью магнитного поля и удельным зарядом. Попадая два раза за период вращения (при переходе из 1-го дуанта в другой) под воздействие электрического поля, частичка всякий раз ускоряется, увеличивая при всем этом радиус линии движения, и в определенный момент, набрав подходящую скорость, вылетает из устройства через отверстие. Таким методом можно разогнать протон до энергии в 20 МэВ (мегаэлектронвольт).
Магнетрон
Устройство, называемое магнетроном, который установлен в каждой микроволновой печи, – очередной представитель устройств, использующих силу Лоренца. Магнетрон служит для сотворения массивного СВЧ-поля, которое разогревает внутренний объем печи, куда помещается еда. Магниты, входящие в его состав, корректируют траекторию перемещения электронов снутри устройства.
Направление сил Лоренца и Ампера
Заметим, что в обоих случаях сила появляется только тогда, когда вектор скорости движения зарядов и вектор магнитной индукции не параллельны.
Из геометрии понятно, что два непараллельных вектора, отложенные из одной точки, совершенно точно определяют плоскость. Особенность сил Лоренца и Ампера в том, что эти силы всегда ориентированы перпендикулярно этой плоскости.
Этот факт уяснить нетрудно. Неувязка заключается в том, что перпендикуляр к плоскости может быть отложен в 2-ух направлениях. Как найти необходимое направление? Обратимся к правилу левой руки.
Значение закона Ампера
На основании закона Ампера устанавливают единицы силы тока в системах СИ и СГСМ. Так как ампер равен силе неизменного тока, который при течении по двум параллельным нескончаемо длинноватым прямолинейным проводникам нескончаемо малого радиального сечения, находящихся на расстоянии 1м друг от друга в вакууме вызывает силу взаимодействия этих проводников равную \( 2\cdot ^Н \) на каждый метр длины.
Ток в один ампер – это таковой ток, при котором два однородных параллельных проводника, находящиеся в вакууме на расстоянии один метр друг от друга ведут взаимодействие с силой \( 2\cdot ^ \) Ньютона.
Закон взаимодействия токов – два находящихся в вакууме параллельных проводника, поперечникы которых много меньше расстояний между ними, ведут взаимодействие с силой прямо пропорциональной произведению токов в этих проводниках и назад пропорциональной расстоянию между ними.
ЗаконыФормулы Физика Теория Электричество Закон
Читайте также: Маркировка транзисторов — какая она бывает? Типы, характеристики и свойства транзисторов, маркировка
Правило левой руки
Правило левой руки звучит так.
Если расположить левую руку так, дабы четыре пальца были ориентированы по направлению движения положительного заряда (либо по направлению тока), а полосы магнитной индукции входили в ладонь, «прокалывая» её, то большой палец покажет направление силы Лоренца (либо силы Ампера).
Как воспользоваться этим правилом? Разберём примеры.
Допустим, ток по проводнику течёт слева вправо. А полосы магнитной индукции ориентированы ввысь.
Направляем левую руку 4-мя пальцами на право. Ладонь должна «смотреть» вниз, так, дабы полосы магнитной индукции входили в ладонь и «прокалывали» её. Отставленный большой палец покажет направление вспять.
Это и будет направление силы Ампера в этом случае. Вправду, плоскость, образованная векторами тока и магнитной индукции, — вертикальна, и сила Ампера перпендикулярна ей.
Другой пример. Электрон движется в обратную сторону, «на наблюдателя», между полюсами магнита, причём северный находится справа.
Полосы магнитной индукции ориентированы справа влево, поэтому, ладонь левой руки должна быть ориентирована на право. Электрон заряжен негативно, другими словами четыре пальца руки должны быть ориентированы против его движения — вперёд. Отставленный большой палец будет ориентирован ввысь. Это и будет направление силы Лоренца в этом случае.
Рис. 3. Правило левой руки.
Правило Буравчика
Этоправило на практике довольно комфортно для определения такового значения магнитного поля, как направленность напряжённости. Применять это правило может быть при условии, что к проводнику с током будет прямолинейно размещено магнитное поле. С его помощью можно без наличия специализированных устройств найти разные физические величины (момент сил, импульса, вектор магнитной индукции).
Это правило:
- объясняет особенность электромагнетизма;
- разъясняет физику движения магнитных полей, сопутствующих ему.
Формулировка правила буравчика состоит в следующем: если буравчик с правой вырезкой вкручивается вдоль полосы тока, то направление магнитного поля совпадает с направлением ручки этого буравчика.
Главным принципом, применяемым в правиле винта, является выбор направленности для базисов и векторов. Часто на практике определено применять правый базис. Левые базисы применяются очень изредка, в случае когда внедрение правого неловко либо в целом нецелесообразно. Этот принцип также применим и на соленоиде.
Соленоидом именуется катушка со впритирку привязанными витками. Основным требованием является протяжённость катушки, которая должна быть значительно больше, ежели её поперечник.
Кольца соленоида напоминают поле непрерывного магнита. Магнитная стрелка, находясь в свободном вращении и находясь вблизи с проводником тока, будет создавать поле и устремиться занимать вертикальную позицию, проходящую вдоль проводника.
В данном случае оно звучит так: если окутать соленоид таким макаром, дабы пальцы демонстрировали на направленность тока в винтах, то выпяченный большой палец правой руки покажет направленность рядов магнитной индукции.
Разные толкования правила буравчика молвят о том, что все его описания адаптируются к разным случаям их использования.
Правило правой руки гласит о следующем: охватив элемент, который исследуется таким макаром, дабы пальцы сжатого кулака демонстрировали вектор магнитных линий, при поступательном движении вдоль магнитных линий, большой отогнутый на 90 градусов сравнимо ладошки палец покажет направленность движения тока.
В случае когда дан перемещающийся проводник, принцип будет иметь следующую формулировку: расположить руку так, дабы силовые полосы поля вертикально вступали в ладонь; большой палец руки, выставленный вертикально, будет ориентировать направленность перемещения этого проводника, в данном случае четыре других выставленных пальца, будут иметь такую же направленность, как и индукционный ток.
Его использование присуще при расчёте катушек, в каких появляется воздействие на ток, что влечёт за собой формирование при потребности противотока.
В реальной жизни также применимо следствие этого принципа: если размесить ладошку правой руки так, дабы полосы магнитного силового поля входили в эту ладошку, а пальцы навести на линию перемещения заряженных частиц по оттопыренному большему пальцу, то может быть обозначить, куда будет направляться линия данной силы, оказывающая смещающее воздействие на проводник. Другими словами, силы, дающей возможность крутить момент силы на валу любого мотора, работающего при помощи электрического тока.
Литература
- Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Испытания: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 321-322, 324-327.
- Жилко, В. В. Физика: учеб. пособие для 11-го кл. общеобразоват. учреждений с рус. яз. обучения с 12-летним сроком обучения (базисный и завышенный уровни) /В. В. Жилко, Л. Г. Маркович. — 2-е изд., исправленное. — Минск: Нар. асвета, 2008. — С. 157-164.
Видео
И в окончание маленький видео урок о силе Ампера.
Создатель: Павел Чайка, главный редактор журнальчика Познавайка
При написании статьи старался выполнить ее очень увлекательной, полезной и высококачественной. Буду признателен за всякую оборотную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение сможете написать на мою почту [email protected] либо в Фейсбук, с почтением создатель.
Правило левой руки
Из курса физики понятно, что действие магнитного поля на перемещающиеся заряды и на проводник с током заключается в возникновении силы Лоренца либо Ампера. В отличие от большинства других сил, направление деяния этих сил не совпадает с направлением деяния поля, породившего их. Потому было сформулировано особое мнемоническое правило — правило левой руки. Коротко разглядим порядок использования этого правила, разберём соответствующие примеры.
Силы Лоренца и Ампера
Магнитное поле порождается перемещающимися электрическими зарядами. И в свою очередь электрические заряды, перемещающиеся в магнитном поле, испытывают силовое воздействие с его стороны.
Сила, действующая на перемещающийся заряд, именуется силой Лоренца.
Рис. 1. Сила Лоренца.
Модуль силы Лоренца равен:
$$F_L = qvB sin alpha$$
- $F_L$ — величина силы Лоренца;
- $q$ — величина перемещающегося заряда;
- $v$ — скорость движения заряда;
- $B$ — индукция магнитного поля;
- $alpha$ — угол между векторами скорости и индукции.
Так как электрический ток представляет собой упорядоченное движение электрических зарядов, то в случае, когда он протекает через магнитное поле, силы Лоренца, действующие на отдельные носители, складываются в одну общую силу, которая именуется силой Ампера.
Рис. 2. Сила Ампера.
Модуль силы Ампера определяется при помощи формулы, похожей на формулу силы Лоренца:
$$F_A= I Δl B sin alpha$$
- $F_ A$ — величина силы Ампера;
- $I$ — сила тока в проводнике;
- $Δl$ — длина проводника;
- $B$ — индукция магнитного поля;
- $alpha$ — угол между векторами тока и индукции.
Схожесть формул разъясняется тем, что сила Ампера является макроскопическим проявлением силы Лоренца. Направление деяния этих сил совпадает.
Направление сил Лоренца и Ампера
Заметим, что в обоих случаях сила появляется только тогда, когда вектор скорости движения зарядов и вектор магнитной индукции не параллельны.
Из геометрии понятно, что два непараллельных вектора, отложенные из одной точки, совершенно точно определяют плоскость. Особенность сил Лоренца и Ампера в том, что эти силы всегда ориентированы перпендикулярно этой плоскости.
Этот факт уяснить нетрудно. Неувязка заключается в том, что перпендикуляр к плоскости может быть отложен в 2-ух направлениях. Как найти необходимое направление? Обратимся к правилу левой руки.
Правило левой руки
Правило левой руки звучит так.
Если расположить левую руку так, дабы четыре пальца были ориентированы по направлению движения положительного заряда (либо по направлению тока), а полосы магнитной индукции входили в ладонь, «прокалывая» её, то большой палец покажет направление силы Лоренца (либо силы Ампера).
Как воспользоваться этим правилом? Разберём примеры.
Допустим, ток по проводнику течёт слева вправо. А полосы магнитной индукции ориентированы ввысь.
Направляем левую руку 4-мя пальцами на право. Ладонь должна «смотреть» вниз, так, дабы полосы магнитной индукции входили в ладонь и «прокалывали» её. Отставленный большой палец покажет направление вспять.
Это и будет направление силы Ампера в этом случае. Вправду, плоскость, образованная векторами тока и магнитной индукции, — вертикальна, и сила Ампера перпендикулярна ей.
Другой пример. Электрон движется в обратную сторону, «на наблюдателя», между полюсами магнита, причём северный находится справа.
Полосы магнитной индукции ориентированы справа влево, поэтому, ладонь левой руки должна быть ориентирована на право. Электрон заряжен негативно, другими словами четыре пальца руки должны быть ориентированы против его движения — вперёд. Отставленный большой палец будет ориентирован ввысь. Это и будет направление силы Лоренца в этом случае.
Рис. 3. Правило левой руки.
Что мы узнали?
Правило левой руки — это правило, созданное для определения направления силы Лоренца либо силы Ампера. По этому правилу, если четыре пальца левой руки будут указывать направление движения положительного заряда (направление тока), а полосы магнитной индукции будут заходить в ладонь, «прокалывая» её, то отставленный большой палец покажет направление силы Лоренца либо Ампера.
Физика Куцее замыкание – определение и формула для электрического тока коротко (физика 8 класс)
Физика Сила тяжести на других планетках – коротко формула и доклад о физических свойствах (7 класс)
9 класс
§ 36. Обнаружение магнитного поля по его действию на электрический ток. Правило левой руки
Из курса физики 8 класса вы понимаете, что на всякий проводник с током, помещённый в магнитное поле и не совпадающий с его магнитными линиями, это поле действует с некоторой силой.
Наличие таковой силы можно показать при помощи установки, изображённой на рисунке 101.
Рис. 101. Действие магнитного поля на проводник с током
Трёхсторонняя рамка ABCD, сделанная из медной проволоки, подвешена на крюках так, что может свободно отклоняться от вертикали. Сторона BC находится в области более сильного магнитного поля дугообразного магнита, располагаясь между его полюсами (рис. 101, а). Рамка присоединена к источнику тока последовательно с реостатом и ключом.
При замыкании ключа в цепи появляется электрический ток, и сторона BC втягивается в место между полюсами (рис. 101, б).
Если убрать магнит, то при замыкании цепи проводник BC двигаться не будет. Означает, со стороны магнитного поля на проводник с током действует некоторая сила, отклоняющая его от начального положения.
Действие магнитного поля на проводник с током может быть применено для обнаружения магнитного поля в данной области места.
Естественно, найти магнитное поле проще при помощи компаса. Но действие магнитного поля на находящуюся в нём магнитную стрелку компаса, по существу, тоже сводится к действию поля на простые электрические токи, циркулирующие в молекулах и атомах магнитного вещества, из которого сделана стрелка.
Таким макаром, магнитное поле создаётся электрическим током и находится по его действию на электрический ток.
Изменим направление тока в цепи, поменяв местами провода в гнёздах изолирующей штанги (рис. 102). При всем этом поменяется и направление движения проводника ВС, а означает, и направление действующей на него силы.
Рис. 102. Направление силы, действующей в магнитном поле на проводник с током, находится в зависимости от направления тока
Направление силы поменяется и в этом случае, если, не меняя направления тока, поменять местами полюсы магнита (т. е. поменять направление линий магнитного поля).
Поэтому, направление тока в проводнике, направление линий магнитного поля и направление силы., действующей на проводник, связаны между собой.
Направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле, можно найти, пользуясь правилом левой руки.
В более ординарном случае, когда проводник размещен в плоскости, перпендикулярной линиям магнитного поля, это правило заключается в следующем: если левую руку расположить так, дабы полосы магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были ориентированы по току, то отставленный на 90° большой палец покажет направление действующей на проводник силы (рис. 103).
Рис. 103. Использование правила левой руки к проводнику с током
Пользуясь правилом левой руки, следует держать в голове, что за направление тока в электрической цепи принимается направление от положительного полюса источника тока к отрицательному. Другими словами, четыре пальца левой руки должны быть ориентированы против движения электронов в электрической цепи. В таких проводящих средах, как смеси электролитов, где электрический ток создаётся движением зарядов обоих символов, направление тока, а означает, и направление четырёх пальцев левой руки совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц.
C помощью правила левой руки можно найти направление силы, с которой магнитное поле действует на раздельно взятые перемещающиеся в нём частички, как положительно, так и негативно заряженные.
Для более обычного варианта, когда частичка движется в плоскости, перпендикулярной магнитным линиям, это правило формулируется следующим образом: если левую руку расположить так, дабы полосы магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно к ней, а четыре пальца были ориентированы по движению положительно заряженной частички (либо против движения негативно заряженной), то отставленный на 90° большой палец покажет направление действующей на частичку силы (рис. 104).
Рис. 104. Использование правила левой руки к заряженным частичкам, перемещающимся в магнитном поле
По правилу левой руки можно также найти направление тока (если знаем, как ориентированы полосы магнитного поля и действующая на проводник сила), направление магнитных линий (если известны направления тока и силы), символ заряда перемещающейся частички (по направлению магнитных линий, силы и скорости движения частички) и т. д.
Необходимо подчеркнуть, что сила деяния магнитного толика на проводник с током либо перемещающуюся заряженную частичку равна нулю, если направление тока в проводнике либо скорость частички совпадают с линией магнитной индукции либо параллельны ей (рис. 105).
Рис. 105. Магнитное поле не действует в случаях, если прямолинейный проводник с током либо скорость перемещающейся заряженной частички параллельны линиям магнитного поля либо совпадают с ними
Вопросы:
1. Какой опыт позволяет найти наличие силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?
2. Как находится магнитное поле?
3. От чего зависит направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле?
4. Сформулируйте правило левой руки для находящегося в магнитном поле проводника с током; для перемещающейся в этом поле заряженной частички.
5. Что можно найти, пользуясь правилом левой руки?
6. В каком случае сила деяния магнитного поля на проводник с током либо перемещающуюся заряженную частичку равна нулю?
Упражнения:
Упражнение № 33
1. В какую сторону покатится лёгкая дюралевая трубочка при замыкании цепи (рис. 106)?
2. На рисунке 107 изображены два оголённых проводника, соединённых с источником тока, и лёгкая дюралевая трубочка АВ.
Вся установка находится в магнитном поле. Обусловьте направление тока в трубочке АВ, если в итоге взаимодействия этого тока с магнитным полем трубочка катится по проводникам в направлении, обозначенном на рисунке. Какой полюс источника тока является положительным, а какой — отрицательным?
3. Между полюсами магнитов (рис. 108) размещены четыре проводника с током. Обусловьте, в какую сторону движется любой из них.
4. Негативно заряженная частичка движется со скоростью в магнитном поле (рис. 109). Укажите направление силы, с которой поле действует на частичку.
5. Магнитное поле действует с силой на частичку, перемещающуюся со скоростью (рис. 110). Обусловьте символ заряда частички.
