Правило левой руки для силы Ампера – примеры и формулировка определения кратко
4
Средняя оценка: 4
Всего получено оценок: 62.
Обновлено 12 Января, 2021
4
Средняя оценка: 4
Всего получено оценок: 62.
Обновлено 12 Января, 2021
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;
- $Δl$ — 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.
- Допустим, проводник расположен горизонтально, и ток по нему идет вперед. Следовательно, четыре пальца левой руки надо вытянуть вперед по этому направлению.
- 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: 62.
А какая ваша оценка?
Сила Ампера. Правило левой руки.
Эксперимент
Проводник с током является источником магнитного поля.
Если проводник с током поместить во внешнее магнитное поле,
то оно будет действовать на проводник с силой Ампера.
Сила Ампера — это сила, с которой магнитное поле действует на помещенный в него проводник с током.
Андре Мари Ампер
Действие магнитного поля на проводник с током исследовал экспериментально
Андре Мари Ампер (1820 г.).
Меняя форму проводников и их расположение в магнитном поле, Ампер сумел определить силу, действующую на отдельный участок проводника с током (элемент тока).
В его честь
эту силу назвали силой Ампера.
– сила Ампера
Согласно экспериментальным данным модуль силы F :
пропорционален длине проводника l , находящегося в магнитном поле;
пропорционален модулю индукции магнитного поля B ;
пропорционален силе тока в проводнике I ;
зависит от ориентации проводника в магнитном поле, т.е. от угла α между направлением тока и вектора индукции магнитного поля B ⃗ .
Модуль силы Ампера
Модуль силы Ампера равен произведению модуля индукции магнитного поля
в котором находится проводник с током,
длины этого проводника l , силы тока I в нем и синуса угла между направлениями тока и вектора индукции магнитного поля
Направление
силы Ампера
Направление силы Ампера определяется
по правилу левой руки:
если левую руку расположить
так, чтобы вектор индукции магнитного поля ( B⃗ ) входил
в ладонь, четыре вытянутых
пальца указывали направление
тока (I), тогда отогнутый на 90° большой палец укажет направление силы Ампера ( F⃗ A).
Взаимодействие двух
проводников с током
Проводник с током создает вокруг себя магнитное поле,
в это поле помещается второй проводник с током,
а значит на него будет действовать сила Ампера
Действие
магнитного поля
на рамку с током
На рамку действует пара сил, в результате чего она поворачивается.
- Направление вектора силы определяем по правилу левой руки.
- F=B I l sinα=ma
- M=F d=B I S sinα – в ращающий момент
Электроизмерительные
приборы
Магнитоэлектрическая система
Электромагнитная система
Взаимодействие
магнитного поля катушки
со стальным сердечником
Взаимодействие
рамки с током и поля магнита
Применение
силы Ампера
Силы, действующие на проводник с током в магнитном поле, широко используются в технике.
Задача
Прямолинейный проводник длиной 0,5 м, по которому течет ток 6 А, находится в однородном магнитном поле. Модуль вектора магнитной индукции 0,2 Тл, проводник расположен под углом
к вектору В .
Сила, действующая на проводник со стороны
магнитного поля, равна
Ответ: 0,3 Н
Ответ
Решение.
Сила Ампера, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током, определяется выражением
.
Правильный ответ: 0,3 Н
Решение
12
Примеры:
S
I
B
I
S
N
B
S
N
N
B
N
I
– к нам
Без подсказки
– от нас
Примените правило левой руки к рис.
№№ 1,2,3,4.
Рис№3
Рис№2
Рис№4
Рис№1
Где расположен N полюс на рис. 5,6,7?
Рис№7
Рис№5
Рис№6
Интернет-ресурсы
http://fizmat.by/kursy/magnetizm/sila_Ampera
http://www.physbook.ru/index.php/SA._%D0%A1%D0%B8%D0%BB%D0%B0_%D0%90%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0
http://class-fizika.narod.ru/10_15.htm
http://www.physics.ru/courses/op25part2/content/chapter1/section/paragraph26/theory.html#.VNoh5iz4uFg
http://www.eduspb.com/node/1775
http://www.ispring.ru
Автор работы Тертычная С.А.
сила Лоренца | Уравнение, свойства и направление
- Связанные темы:
- магнитное поле
Просмотреть все связанные материалы →
Сила Лоренца , сила, действующая на заряженную частицу q , движущуюся со скоростью v через электрическое поле E и магнитное поле 4 3 Вся электромагнитная сила F on the charged particle is called the Lorentz force (after the Dutch physicist Hendrik A.
Lorentz) and is given by F = q E + q v × Б .
В первый член вносит вклад электрическое поле. Второй член представляет собой магнитную силу и имеет направление, перпендикулярное как скорости, так и магнитному полю. Магнитная сила пропорциональна q и величине векторного векторного произведения v × B . В терминах угла ϕ между v и B модуль силы равен q v B sin ϕ. Интересным следствием действия силы Лоренца является движение заряженной частицы в однородном магнитном поле. Если v перпендикулярно B (т. е. угол ϕ между v и B 90°), частица будет двигаться по круговой траектории с радиусом r = м v / q Если угол ϕ меньше 90°, орбита частицы будет представлять собой спираль с осью, параллельной силовым линиям.
Если ϕ равно нулю, на частицу не будет действовать магнитная сила, и она будет продолжать двигаться, не отклоняясь, вдоль силовых линий. Ускорители заряженных частиц, такие как циклотроны, используют тот факт, что частицы движутся по круговой орбите, когда v и B расположены под прямым углом. Для каждого оборота тщательно синхронизированное электрическое поле придает частицам дополнительную кинетическую энергию, которая заставляет их двигаться по все более крупным орбитам. Когда частицы приобретают желаемую энергию, их извлекают и используют различными способами, от изучения субатомных частиц до лечения рака.
Магнитная сила, действующая на движущийся заряд, определяет знак носителей заряда в проводнике. Ток, текущий справа налево в проводнике, может быть результатом движения положительных носителей заряда справа налево или отрицательных зарядов, движущихся слева направо, или их комбинации. Когда проводник помещается в B поле перпендикулярно току, магнитная сила на обоих типах носителей заряда имеет одинаковое направление.
Эта сила вызывает небольшую разность потенциалов между сторонами проводника. Это явление, известное как эффект Холла (открытое американским физиком Эдвином Х. Холлом), возникает, когда электрическое поле совпадает с направлением магнитной силы. Эффект Холла показывает, что электроны доминируют в проводимости электричества в меди. Однако в цинке преобладает проводимость за счет движения положительных носителей заряда. Электроны в цинке, возбужденные из валентной зоны, оставляют дырки, которые представляют собой вакансии (то есть незаполненные уровни), которые ведут себя как носители положительного заряда. Движение этих отверстий объясняет большую часть проводимости электричества в цинке.
Если провод с током i поместить во внешнее магнитное поле B , как сила, действующая на провод, будет зависеть от ориентации провода? Поскольку ток представляет собой движение зарядов в проводе, сила Лоренца действует на движущиеся заряды. Поскольку эти заряды связаны с проводником, магнитные силы движущихся зарядов передаются на провод.
Сила на небольшой длине d l проволоки зависит от ориентации проволоки относительно поля. Величина силы равна I D LB SIN ϕ, где ϕ – угол между B и D L . Сила отсутствует, когда ϕ = 0 или 180°, оба из которых соответствуют току в направлении, параллельном полю. Сила максимальна, когда ток и поле перпендикулярны друг другу. Сила определяется как d F = i d l × Б .
Опять же векторное векторное произведение обозначает направление, перпендикулярное обоим d l и B .
Редакторы Британской энциклопедии Эта статья была недавно отредактирована и дополнена Эриком Грегерсеном.
Сила Лоренца — Видео по физике от Brightstorm
Сила Лоренца — это сила, действующая на заряд в электромагнитном поле.
сила Лоренца определяется по формуле F = qv x B , где q — заряд, v — скорость, B — плотность магнитного поля. Сила Лоренца перпендикулярна как скорости, так и магнитному полю. Правило правой руки применяется при определении силы Лоренца.
сила Лоренца
Давайте поговорим о силе Лоренца. Сила Лоренца — это название, которое мы даем силе, которую испытывает заряд при движении через магнитное поле. В этом есть пара странностей, которые сильно отличают его от электрического поля. Помните, что электрическое поле, сила просто равна заряду, умноженному на электрическое поле, поэтому я удваиваю заряд, удваиваю силу, все очень и очень просто: сила имеет то же направление, что и электрическое поле. Для магнитных полей это совсем другое, мы заменим эту формулу на эту: f равно заряду, умноженному на скорость, а затем это векторное произведение, которое является типом векторного произведения, о котором мы поговорим всего за секунду, пересекая магнитное поле.
Хорошо, кросс-произведения странные. Что он делает, так это говорит вам, что я возьму эти два вектора и сформирую из них единственный вектор, который перпендикулярен им обоим, поэтому, скажем, скорость была такой, а магнитное поле было таким. , ну, есть вектор, который перпендикулярен этим двум направлениям, и этот вектор прямо здесь, поэтому, если бы у меня было магнитное поле и такая скорость, сила была бы либо в этом направлении, либо в этом направлении. Чтобы определить, какой из них я использую правило правой руки. Правило правой руки очень простое, как только вы к нему привыкнете, так что давайте продолжим и просто посмотрим, как это работает.
Предположим, что у меня есть такое магнитное поле, я хочу, чтобы магнитное поле исходило от доски, поэтому все силовые линии магнитного поля указывают вот так, как будто у меня есть северный полюс вот здесь южный полюс здесь линии магнитного поля выходят из доски вот что означают эти точки. Теперь я посылаю положительный заряд вправо, так в каком же направлении действует сила? Ну, во-первых, мы знаем, что, поскольку магнитное поле таково, а заряд движется таким образом, сила должна быть либо вверх, либо вниз, потому что это два направления, которые перпендикулярны как магнитному полю, так и скорости, хорошо, какой из них мы выбираем? Ну, мы используем нашу правую руку, поэтому это называется правилом правой руки, и мы направляем большой палец в направлении, в котором движется заряд, мы направляем наши пальцы в направлении, в котором находится магнитное поле, и наша ладонь теперь будет указывать в направлении, в котором движется заряд.
направление силы. Хорошо, очень просто, на чем я хочу сосредоточиться, так это на том, какова величина этой силы? Теперь сначала я просто хочу еще раз сделать это утверждение очень ясным; сила перпендикулярна как скорости, так и магнитному полю, и это полностью отличается от того, как это работает в ситуации с электрическим полем, поэтому магнитные поля не могут реально существовать только в двух измерениях, мне нужны все три измерения, и это не совсем то. Дело в том, что электрические поля магнитных полей по своей природе трехмерны. Итак, какова величина силы? Что ж, величина этой силы равна заряду, умноженному на часть скорости, которая перпендикулярна магнитному полю, умноженная на магнитное поле, поэтому вклад может внести только часть скорости, перпендикулярная магнитному полю, так что это означает, что если бы у меня было магнитное поле поле направлено вот так, и я посылаю заряд вот так, ни одна часть не перпендикулярна, и это означает, что нет никакой силы, он просто пройдет прямо вдоль силовых линий магнитного поля, так что перекрестные произведения почти перпендикулярны, вот что вы должны подумать, как только услышите слово перекрестное произведение вы должны думать правило правой руки и перпендикуляр.
Хорошо, давайте продолжим и решим задачу, так что предположим, давай сначала поговорим о единицах измерения, так какова единица измерения магнитного поля? Мы еще не видели этого хорошо, что у нас есть выражение для силы, мы можем связать единицу магнитного поля, которая называется Тесла, с нашими стандартными единицами, поскольку сила в ньютонах должна быть равна заряду в кулонах, умноженному на скорость это метры в секунду, умноженные на магнитное поле, это Тесла, если мы решим для Тесла, то в конечном итоге получим, что 1 Тесла равен 1 Ньютон-секунде на кулон-метр, что мы также можем записать как один Ньютон на ампер-метр. Хорошо, Тесла – это очень большое магнитное поле, скорее всего, вы никогда не были рядом с таким большим магнитным полем, если у вас нет МРТ или чего-то подобного, поэтому для сравнения магнитное поле Земли составляет всего от 30 до 60 микро Тесла миллионных долей. Тесла, 30 на экваторе и 60 на полюсах, он сильнее возле полюсов, потому что там сходятся силовые линии.
Хорошо, давай решим задачу. Итак, предположим, что у меня есть заряд в 7 микрокулонов, и он будет двигаться со скоростью 5 километров в секунду на 20 градусов выше горизонтали, и он движется таким образом в магнитном поле в 2 Тесла, направленном вверх, и я хочу знать величину сила, которую он испытывает. Итак, давайте продолжим и посмотрим на это, лучшее, что можно сделать при подходе к такой проблеме, это сначала построить диаграмму. У меня есть магнитное поле, направленное вверх, и у меня есть моя скорость, которая направлена на 20 градусов выше. горизонтальный. Итак, мы можем использовать правило правой руки очень быстро, просто чтобы получить направление силы, мы скажем скорость, магнитное поле, сила выходит за пределы доски, что мы собираемся указать этой точкой, хорошо, так что теперь я хочу знать величину. Хорошо, f is q v perp v хорошо хорошо управлять достаточно легко 7 умножить на 10 до минус 6 помните, что мы будем работать в единицах СИ, потому что мы собираемся быть хорошими физиками, хорошо? Итак, 7 умножить на 10 минус 6, какая часть скорости перпендикулярна магнитному полю? Что ж, это будет часть скорости, так что это означает, что мне нужно взять скорость как гипотенузу этого треугольника и умножить на косинус 20 градусов, потому что косинус — это примыкающая сторона, которая помогает получить угол, поэтому мы возьмем 5000 косинусов 20 градусов, хорошо, и это даст нам v perp, так что это будет 5 умножить на 10 на 3 косинуса 20, а затем я должен умножить на магнитное поле, которое равно 2, хорошо? Итак, если я подсчитаю все это на своем калькуляторе, все, что у меня получится, будет 6,6 умножить на 10 с точностью до -2 ньютонов, или мы могли бы сказать, что 66 миллионов ньютонов, и это сила, которая является законом силы Лоренца.