Правило левой руки для силы Ампера – примеры и формулировка определения кратко
4
Средняя оценка: 4
Всего получено оценок: 74.
4
Средняя оценка: 4
Всего получено оценок: 74.
Из курса физики известно, что на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера. Для определения направления этой силы используется специальное правило, называемое правилом левой руки. Поговорим кратко об этом правиле.
Сила и закон Ампера
На заряд, движущийся в магнитном поле, действует со стороны этого поля сила, называемая силой Лоренца.
Рис. 1. Сила Лоренца.Если в магнитное поле помещен проводник с током, то силы Лоренца, действующие на движущиеся носители заряда в этом проводнике, складываются в силу, называемую силой Ампера.
Модуль силы Ампера рассчитывается по закону Ампера:
$$F= I |\overrightarrow B| Δl sin \alpha,$$
где:
- $F$ — модуль силы Ампера;
- $I$ — величина тока в проводнике;
- $B$ — индукция магнитного поля;
- $Δl$ — длина проводника;
- $\alpha$ — угол между линиями магнитного поля и направлением тока в проводнике.
Направление силы Ампера
Обычно действие сил совпадает с направлением движения тел или с направлением на источник силы. В случае с силой Ампера ситуация иная.
Направление действия силы Ампера не совпадает ни с направлением движения тока, ни с направлением вектора магнитной индукции. Сила Ампера направлена перпендикулярно обоим этим направлениям. То есть, если линии магнитного поля направлены по вертикали, а проводник расположен горизонтально слева направо, то сила Ампера будет направлена вдоль линии «вперед-назад». Причем ее направление также будет зависеть от направлений магнитной индукции и электрического тока в проводнике. «Просто запомнить» все направления невозможно. Поэтому для силы Ампера установили специальное мнемоническое правило левой руки.
Правило левой руки
Формулировка правила левой руки для силы ампера звучит так:
Если расположить левую руку так, чтобы четыре пальца были направлены по направлению движения тока в проводнике, а перпендикулярная составляющая индукции $B_{\perp}$ входила в ладонь, то отставленный большой палец покажет направление силы Ампера.
Как пользоваться этим правилом? Разберем примеры.
- Теперь допустим, что линии магнитного поля направлены сверху вниз (сверху «север» подковообразного магнита, снизу — «юг»). Следовательно, левую руку надо повернуть ладонью вверх, чтобы линии магнитного поля входили в ладонь и «прокалывали» ее (четыре пальца по-прежнему должны быть вытянуты вперед).
- Отставленный большой палец левой руки будет направлен влево. Это и есть направление силы Ампера для данной ситуации.
Другой пример.
- Пусть проводник расположен вертикально. А магнитное поле направлено справа налево (справа «север» магнита, слева — «юг»).
- Располагаем левую руку четырьмя пальцами вверх. Ладонь открытой стороной должна «смотреть вправо», чтобы магнитные линии входили и «прокалывали» ее.
- Отставленный большой палец покажет назад. Именно так и будет направлена сила Ампера в данном случае.
Обратите внимание, что силу Ампера порождает только перпендикулярная составляющая магнитного поля. А значит, руку надо располагать так, чтобы линии магнитного поля всегда входили в нее под углом, максимально близким к прямому.
Особым случаем является ситуация, когда направление тока и магнитной индукции совпадает. В этом случае руку невозможно расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в нее. Следовательно, силы Ампера здесь не возникнет. В самом деле, если линии магнитной индукции параллельны направлению тока, то перпендикулярная составляющая этих линий равна нулю, и значение силы Ампера в вышеприведенной формуле также равно нулю.
Рис. 3. Различные случаи применения правила левой руки.Что мы узнали?
Для определения направления силы Ампера используется специальное мнемоническое правило левой руки. С помощью этого правила можно не только определить направление силы Ампера, но и обнаружить случай, когда сила Ампера равна нулю.
Тест по теме
Доска почёта
Чтобы попасть сюда – пройдите тест.
Пока никого нет. Будьте первым!
Оценка доклада
4
Средняя оценка: 4
Всего получено оценок: 74.
А какая ваша оценка?
Силы Ампера и Лоренца 10 класс онлайн-подготовка на Ростелеком Лицей
Силы Ампера и Лоренца
Магнитное поле действует не только на магниты, но и на движущиеся заряды. Здесь может быть два случая:
- Действие на движение отдельных зарядов в свободном пространстве.
- Действие на движение зарядов в проводнике.
1. Действие магнитного поля на отдельный заряд
Магнитное поле не действует на неподвижные заряды – только на движущиеся. Магнитное поле действует действует на заряды не прямолинейно, а всегда вбок.
Рассмотрим заряд, движущийся с некоторой скоростью.
Если магнитное поле направленно вдоль этой скорости, то никакая сила со стороны магнитного поля не действует.
Сила появляется, если магнитное поле направленно перпендикулярно скорости частицы. Эта сила перпендикулярна и вектору индукции магнитного поля B ⃗, и скорости.
Когда магнитное поле перпендикулярно скорости, сила тем больше, чем сильнее магнитное поле, больше заряд и больше его скорость:
F=qυB
Если магнитное поле направленно под углом, то разложим магнитное поле на перпендикулярную и продольную составляющие. И вспомним, что продольная составляющая не действует на частицу; действует только перпендикулярная составляющая. Т.е. в выражении для силы надо вместо B написать B⊥. Если угол между магнитным полем и скоростью alpha, то можно это выражение переписать в виде:
FL=qυBsinα
Эта сила называется 
Направление этой силы можно определить с помощью правила левой руки: 1. Приложить левую руку так, чтобы скорость была направленна вдоль четырех пальцев.
2. Повернуть руку так, чтобы магнитное поле входило в ладонь.
3. Оттопыренный под прямым углом большой палец укажет направление силы.
Это работает для положительного заряда. Если заряд отрицательный, то направление силы будет противоположным.
2. Действие магнитного поля на проводник с током
Предположим, что магнитное поле перпендикулярно проводнику. Ток – это движение заряженных частиц, поэтому их скорости в среднем направленны вдоль проводника. И на каждую из них действует магнитное поле. Поэтому на проводник будет действовать некоторая суммарная сила, называемая
В общем случае выражение для силы:
FA = IBlsinα
По сути, сила Ампера – это макроскопическое проявление силы Лоренца.
Поэтому полезно сравнить размерности выражений для этих сил. Если все записано правильно, они должны совпадать. Действительно, для обоих выражений мы получаем Кл⋅м/c⋅Тл.
Направление силы Ампера также определяется правилом левой руки. Четыре пальца направляются на этот раз по току, магнитное поле входит в ладонь, большой палец указывает направление силы.
В таблице с формулами описывающими создание поля зарядами и действие поля на заряды добавились две формулы.
Задача
Рейка с сопротивлением R, массы m и длины l может без трения скользить по двум направляющим, оставаясь при этом всегда перпендикулярным им. К направляющим подключен источник, создающий напряжение U. Система помещена в однородное магнитное поле с индукцией B, перпендикулярное плоскости рисунка. Рейку отпускают без начальной скорости. До какой скорости она разгонится, пройдя расстояние L? Сопротивлением направляющих пренебречь.
Решение
Перед нами система, которая может ускорять металлические объекты
Вспомним урок «закон сохранения энергии»
Такая система называется рельсотрон.
В мирных целях, она может двигать транспорт, разгонять объекты до огромных скоростей и даже имитировать падение космических микрометеоритов.
Магнитные силы
Магнитные силыМагнитное поле B определяется по закону силы Лоренца, и конкретно от магнитной силы на движущийся заряд: Значение этого выражения включает: 1. Сила перпендикулярна как скорости v заряда q, так и магнитное поле В. 2. Величина силы равна F = qvB sinθ, где θ — угол 3. Направление силы определяется правилом правой руки. Приведенное выше соотношение сил представлено в виде векторного произведения. Когда отношение магнитной силы применяется к проводнику с током, можно использовать правило правой руки для определения направления силы на проводе. Из приведенного выше соотношения сил можно сделать вывод, что единицами магнитного поля являются ньютон-секунды/(кулон-метр) или ньютоны на ампер-метр.
| Индекс Электромагнитная сила Концепции магнитного поля | ||||||||
| 7 RAVE
Эта единица называется Тесла. Это большая единица, а меньшая единица Гаусс используется для небольших полей, таких как магнитное поле Земли. Тесла – это 10 000 Гаусс. Магнитное поле Земли на поверхности составляет порядка половины гаусса.
Правило правой руки — полезная мнемоника для визуализации направления магнитной силы, заданного законом силы Лоренца. Диаграммы выше представляют собой две формы, используемые для визуализации силы, действующей на движущийся положительный заряд. Сила действует в противоположном направлении для отрицательного заряда, движущегося в указанном направлении. Один факт, который следует иметь в виду, заключается в том, что магнитная сила перпендикулярна как магнитному полю, так и скорости заряда, но это оставляет две возможности. Для применений к токонесущим проводам обычное направление электрического тока может быть заменено скоростью заряда v на приведенной выше диграмме.
| Указатель Магнитная сила Концепции магнитного поля | ||
| Вернуться назад |
Правило правой руки просто помогает определить, какое из двух направлений применимо.Правило левой руки Флеминга: значение и применение
Знаете ли вы, что проводник с током в магнитном поле испытывает силу? Эта сила называется электродвижущей силой , или ЭДС.
Это свойство лежит в основе всех современных электродвигателей и генераторов. Итак, мы знаем, что на проводник с током действует сила, но как узнать ее направление? Если бы только существовал простой метод, который можно было бы применять почти во всех условиях. Ждать! Правило левой руки Флеминга делает именно это. Джон Амброуз Флеминг в конце 19 века открыл важный метод, с помощью которого можно определить направление этой электродвижущей силы. Флеминг разработал простой метод определения направления силы, тока и магнитного поля, и, чтобы улучшить ситуацию, вам нужна только левая рука!
Определение правила левой руки Флеминга
Правило левой руки Флеминга показывает направление тяги на проводник, по которому течет ток в магнитном поле, Wikimedia Commons.
Правило гласит, что если растянуть большой, средний и указательный пальцы левой руки таким образом, что они образуют угол 90°, то большой палец будет указывать в направлении силы (F ), средний палец будет указывать направление тока (I), а указательный палец представляет направление магнитного поля (B) .
Простой способ запомнить это — использовать аббревиатуру FBI , , где буквы обозначают 9.0159 свойства, определенные выше. Буквы представляют каждый из пальцев, начиная с большого и заканчивая средним пальцем. Теперь давайте поработаем над несколькими простыми примерами задач, где мы можем применить правило левой руки Флеминга.
Примеры правила левой руки Флеминга
Представьте провод через экран компьютера, где ток течет слева направо от экрана, а внешнее магнитное поле течет сверху вниз экрана. Как будет направлена сила, действующая на проводник?
Учитывая направление тока и магнитного поля, сила или тяга будут указывать на экран, StudySmarter Originals.
Используя правило левой руки Флеминга, поместите указательный и средний пальцы в направлении магнитного поля и тока соответственно. Большой палец будет указывать на экран, поэтому сила направлена на экран.
Представьте себе проложенный по земле провод, по которому течет ток с юга на север.
Он испытывает силу на восток. Направлено ли магнитное поле на землю или небо?
Направление внешнего магнитного поля можно найти с помощью правила левой руки Флеминга. выровняв большой и указательный пальцы в направлении тока и силы, StudySmarter Originals
Поместив средний палец в направлении тока, а большой палец на восток, мы видим, что магнитное поле указывает на небо.
После этих вводных примеров давайте рассмотрим вариант использования, в котором можно применить правило левой руки Флеминга.
Вариант использования правила левой руки Флеминга
Правило левой руки Флеминга можно применять в цепи электродвигателя, где его можно использовать для определения силы, действующей на провод с током, который присутствует внутри электродвигателя .
На изображении показано, как работает электродвигатель за счет взаимодействия токоведущей катушки и магнитного поля, StudySmarter Originals.
Применение правила левой руки Флеминга
На рисунке выше показана работа электродвигателя.
Мы видим, что ток входит в петлю с правого плеча. Укажите средний палец в направлении тока в правом плече катушки. Указательный палец указывает на южный полюс, поскольку он представляет направление магнитного поля (с севера на юг). Указание средним пальцем в направлении тока даст вам направление силы на обоих плечах катушки, как показано на рисунке. В заключение на катушку действуют две силы, равные по величине, но противоположные по направлению, которые приводят в движение электродвигатель.
Пара — это пара равных и противоположных сил, действующих на любой конец тела. Эти силы вместе могут заставить объект вращаться вокруг своего центра. Силы, обусловленные моторным эффектом, действуют парой на токонесущий провод внутри электродвигателя.
Разница между правилом левой и правой руки
В правиле правой руки большой палец показывает направление движения проводника, Wikimedia Commons.
У Флеминга также есть правило правой руки, которое используется в контексте электромагнитной индукции.
Электромагнитная индукция — это явление, благодаря которому в проводнике индуцируется ток, когда магнитное поле вокруг него колеблется.
Здесь большой палец указывает на движение проводника, а не на силу, действующую на проводник. Эти два направления противоположны друг другу, поэтому важно помнить об этом важном различии с функцией большого пальца в правиле левой руки Флеминга. Указательный и средний пальцы выполняют ту же функцию, что и в правиле левой руки. Мы видим, что это правило правой руки говорит нам о том же, что и правило левой руки Флеминга. Мы также можем увидеть это, сложив указательные пальцы наших рук вместе, а затем сложив вместе средние пальцы: наши большие пальцы указывают в противоположных направлениях, показывая разницу в их функциях между двумя правилами рук. Важно знать разницу между этими двумя правилами.
Важность правила левой руки Флеминга
Правило левой руки Флеминга важно, потому что оно обеспечивает простой и точный способ определения направления силы, действующей на проводник с током в магнитном поле, при условии, что вы знаете направления тока и магнитного поля.