Regula pentru mâna stângă a fizicianului. Cum se măsoară curentul: regula braței și mâna dreaptă. Trucuri simple pentru a vă aminti regulile gimletului

Se întâmplă adesea ca o problemă să nu poată fi rezolvată deoarece formula necesară nu este la îndemână. Derivarea unei formule de la bun început nu este cel mai rapid lucru și fiecare minut contează pentru noi.

Mai jos am adunat împreună formulele de bază pe tema „Electricitate și Magnetism”. Acum, atunci când rezolvați probleme, puteți folosi acest material ca referință pentru a nu pierde timpul căutând informațiile necesare.

Magnetism: Definiție

Magnetismul este interacțiunea sarcinilor electrice în mișcare printr-un câmp magnetic.

Domeniu - o formă specială de materie. În modelul standard, există câmpuri electrice, magnetice, electromagnetice, un câmp de forță nucleară, un câmp gravitațional și câmpul Higgs. Poate că există și alte domenii ipotetice pe care le putem doar ghici sau nu le putem ghici deloc. Astăzi suntem interesați de câmpul magnetic.

Inductie magnetica

Așa cum corpurile încărcate creează un câmp electric în jurul lor, corpurile încărcate în mișcare generează un câmp magnetic. Câmpul magnetic nu este creat doar de sarcinile în mișcare (curent electric), ci acționează și asupra acestora. De fapt, un câmp magnetic poate fi detectat doar prin efectul său asupra sarcinilor în mișcare. Și acționează asupra lor cu o forță numită forța Ampere, despre care vom discuta mai târziu.

Înainte de a începe să dăm formule specifice, trebuie să vorbim despre inducția magnetică.

Inducția magnetică este un vector de forță caracteristic unui câmp magnetic.

Este notat cu litera B și se măsoară în Tesla (Tl) . Prin analogie cu intensitatea pentru câmpul electric E Inducția magnetică arată cât de puternic acționează câmpul magnetic asupra unei sarcini.

Apropo, veți găsi multe fapte interesante despre acest subiect în articolul nostru despre.

Cum se determină direcția vectorului de inducție magnetică? Aici ne interesează partea practică a problemei. Cel mai frecvent caz în probleme este un câmp magnetic creat de un conductor cu curent, care poate fi fie direct, fie sub formă de cerc sau bobină.

Pentru a determina direcția vectorului de inducție magnetică există regula mana dreapta. Pregătește-te să angajezi gândirea abstractă și spațială!

Dacă luați conductorul în mâna dreaptă, astfel încât degetul mare să fie îndreptat în direcția curentului, atunci degetele curbate în jurul conductorului vor arăta direcția liniilor câmpului magnetic din jurul conductorului. Vectorul de inducție magnetică în fiecare punct va fi direcționat tangențial la liniile de forță.

Putere amperi

Să ne imaginăm că există un câmp magnetic cu inducție B. Dacă plasăm un conductor de lungime l , prin care trece un curent eu , atunci câmpul va acționa asupra conductorului cu forța:

Asta este Putere amperi . Colţ alfa – unghiul dintre direcția vectorului de inducție magnetică și direcția curentului în conductor.

Direcția forței Ampere este determinată de regula mâinii stângi: dacă poziționați mâna stângă astfel încât liniile de inducție magnetică să intre în palmă, iar degetele întinse indică direcția curentului, degetul mare întins va indica direcția forța Amperi.

forța Lorentz

Am aflat că câmpul acționează asupra unui conductor purtător de curent. Dar dacă este așa, atunci inițial acționează separat asupra fiecărei sarcini în mișcare. Forța cu care acționează un câmp magnetic asupra unei sarcini electrice care se mișcă în el se numește forța Lorentz . Este important să notăm aici cuvântul "miscare", deci câmpul magnetic nu acționează asupra sarcinilor staționare.

Deci, o particulă cu o sarcină q se mișcă într-un câmp magnetic cu inducție ÎN în viteză v , A alfa este unghiul dintre vectorul viteza particulei și vectorul de inducție magnetică. Atunci forța care acționează asupra particulei este:

Cum se determină direcția forței Lorentz? Conform regulii mâinii stângi. Dacă vectorul de inducție intră în palmă și degetele indică în direcția vitezei, atunci degetul mare îndoit va arăta direcția forței Lorentz. Rețineți că așa este determinată direcția pentru particulele încărcate pozitiv. Pentru sarcini negative, direcția rezultată trebuie inversată.

Dacă o particulă de masă m zboară în câmp perpendicular pe liniile de inducție, apoi se va mișca într-un cerc, iar forța Lorentz va juca rolul unei forțe centripete. Raza cercului și perioada de revoluție a unei particule într-un câmp magnetic uniform pot fi găsite folosind formulele:

Interacțiunea curenților

Să luăm în considerare două cazuri. Primul este că curentul curge printr-un fir drept. Al doilea este într-o viraj circulară. După cum știm, curentul creează un câmp magnetic.

În primul caz, inducția magnetică a unui fir purtător de curent eu la distanta R se calculeaza folosind formula:

Mu – permeabilitatea magnetică a substanței, mu cu indice zero – constantă magnetică.

În al doilea caz, inducția magnetică în centrul unei bobine circulare cu curent este egală cu:

De asemenea, la rezolvarea problemelor poate fi utilă formula câmpului magnetic din interiorul solenoidului.

- aceasta este o bobină, adică multe spire circulare cu curent. Să fie numărul lor N , iar lungimea solenoidului în sine este l

. Apoi câmpul din interiorul solenoidului se calculează cu formula:

Apropo! Pentru cititorii noștri există acum o reducere de 10% la

Fluxul magnetic și fem Dacă inducția magnetică este un vector caracteristic unui câmp magnetic, atunci flux magnetic – o mărime scalară, care este și una dintre cele mai importante caracteristici ale domeniului. Să ne imaginăm că avem un fel de cadru sau contur care are o anumită zonă. Fluxul magnetic arată câte linii de forță trec printr-o unitate de suprafață, adică caracterizează intensitatea câmpului. Măsurat în Weberach (Wb) si este desemnat .

F S alfa - zona de contur, ÎN .

– unghiul dintre normala (perpendiculara) pe planul conturului si vector Când fluxul magnetic se modifică printr-un circuit, a EMF

, egală cu viteza de schimbare a fluxului magnetic prin circuit. Apropo, puteți citi mai multe despre ce este forța electromotoare într-un alt dintre articolele noastre.

În esență, formula de mai sus este formula pentru legea lui Faraday a inducției electromagnetice. Vă reamintim că rata de modificare a oricărei mărimi nu este altceva decât derivata sa în raport cu timpul.

Opusul este valabil și pentru fluxul magnetic și fem indus. O modificare a curentului în circuit duce la o modificare a câmpului magnetic și, în consecință, la o modificare a fluxului magnetic. În acest caz, apare un EMF de auto-inducție, care împiedică schimbarea curentului din circuit. Fluxul magnetic care pătrunde în circuitul purtător de curent se numește propriul flux magnetic, este proporțional cu puterea curentului din circuit și se calculează prin formula: L – coeficientul de proporționalitate, numit inductanță, care se măsoară în Henry (Gn) l . Inductanța este afectată de forma circuitului și de proprietățile mediului. Pentru o mulinetă cu lungime Să fie numărul lor și cu numărul de spire

inductanța se calculează folosind formula:

Formula pentru CEM autoinduse:

Energia câmpului magnetic eu Electricitate, energie nucleară, energie cinetică. Energia magnetică este o formă de energie. În problemele fizice, cel mai adesea este necesar să se calculeze energia câmpului magnetic al unei bobine. Energia magnetică a unei bobine de curent Opusul este valabil și pentru fluxul magnetic și fem indus. O modificare a curentului în circuit duce la o modificare a câmpului magnetic și, în consecință, la o modificare a fluxului magnetic. În acest caz, apare un EMF de auto-inducție, care împiedică schimbarea curentului din circuit. Fluxul magnetic care pătrunde în circuitul purtător de curent se numește propriul flux magnetic, este proporțional cu puterea curentului din circuit și se calculează prin formula: și inductanță

este egal cu:

Densitatea energiei câmpului volumetric: « Desigur, acestea nu sunt toate formulele de bază ale secțiunii de fizică » , cu toate acestea, ele pot ajuta adesea cu probleme și calcule standard. Dacă întâmpinați o problemă cu un asterisc și pur și simplu nu puteți găsi cheia acesteia, ușurează-ți viața și cere o soluție la

Folosind regulile mâinii stângi și drepte, puteți găsi și determina cu ușurință direcțiile curentului, liniile magnetice și alte cantități fizice.

Gimlet și mâna dreaptă

Regula gimlet a fost formulată pentru prima dată de celebrul fizician Peter Buravchik. Este convenabil de utilizat pentru a determina direcția tensiunii. Așadar, formularea regulii este următoarea: în cazul în care un braț, care se mișcă translațional, este înșurubat în direcția curentului electric, direcția mânerului mânerului în sine trebuie să coincidă cu direcția câmpului magnetic. Această regulă poate fi aplicată cu un solenoid: prindem solenoidul, degetele noastre ar trebui să îndrepte în aceeași direcție cu curentul, adică să arate calea curentului în viraje, apoi scoatem degetul mare al mâinii noastre drepte, indică calea dorită a liniilor de inducție magnetică.

Regula mâinii drepte este folosită conform statisticilor mult mai des decât regula braței, parțial datorită unei formulări mai înțelese, spune: apucăm obiectul cu mâna dreaptă, în timp ce degetele strânse ale pumnului ar trebui să arate direcția liniilor magnetice, iar degetul mare proeminent cu aproximativ 90 de grade ar trebui să arate direcția curentului electric. Dacă există un conductor în mișcare: mâna trebuie întoarsă astfel încât liniile de forță ale acestui câmp să fie perpendiculare pe palmă (90 de grade), degetul mare proeminent ar trebui să indice calea de mișcare a conductorului, apoi 4 degete îndoite indică calea curentului de inducție.

Regula pentru mâna stângă

Regula stângii are două formulări. Prima formulare afirmă că mâna trebuie poziționată astfel încât degetele ondulate rămase ale mâinii să indice calea curentului electric într-un conductor dat, liniile de inducție să fie perpendiculare pe palmă, iar degetul mare întins al mâinii stângi să indice forța exercitată asupra unui conductor dat. Următoarea formulare arată: cele patru degete îndoite ale mâinii, în plus față de degetul mare, sunt situate exact în funcție de mișcarea curentului electric încărcat negativ sau pozitiv, iar liniile de inducție trebuie îndreptate perpendicular (90 de grade) în palmă. , în acest caz, degetul mare expus în acest caz ar trebui să indice forțele de curgere Ampere sau forțele Lorentz.

Test de fizică Regulă pentru mâna stângă. Detectarea unui câmp magnetic prin efectul acestuia asupra curentului electric pentru elevii de clasa a IX-a cu răspunsuri. Testul include 10 întrebări cu răspunsuri multiple.

1. Direcția curentului în magnetism coincide cu direcția mișcării

1) electroni
2) ioni negativi
3) particule pozitive
4) niciunul dintre răspunsuri nu este corect

2. Cadrul pătrat este situat într-un câmp magnetic uniform, așa cum se arată în figură. Direcția curentului în cadru este indicată prin săgeți.

Forța care acționează pe partea inferioară a cadrului este direcționată

3. Un circuit electric format din patru conductoare orizontale drepte (1-2, 2-3, 3-4, 4-1) și o sursă de curent continuu se află într-un câmp magnetic uniform, ale cărui linii de forță sunt îndreptate vertical în sus (vezi Fig., vedere de mai sus).

1) orizontal spre dreapta
2) orizontal spre stânga
3) vertical în sus
4) vertical în jos

4. Un circuit electric format din patru conductoare orizontale drepte (1-2, 2-3, 3-4, 4-1) și o sursă de curent continuu se află într-un câmp magnetic uniform, ale cărui linii sunt îndreptate orizontal spre dreapta (vezi figura, vedere de sus).

5. Funcționarea unui motor electric se bazează pe

1) efectul unui câmp magnetic asupra unui conductor care transportă curent electric
2) interacțiunea electrostatică a sarcinilor
3) fenomenul de autoinducere
4) efectul unui câmp electric asupra unei sarcini electrice

6. Scopul principal al motorului electric este de a converti

1) energie mecanică în energie electrică
2) energie electrică în energie mecanică
3) energia internă în energie mecanică
4) energie mecanică în diferite tipuri de energie

7. Câmpul magnetic acționează cu o forță diferită de zero

1) atom în repaus
2) ion de repaus
3) un ion care se deplasează de-a lungul liniilor de inducție magnetică
4) un ion care se deplasează perpendicular pe liniile de inducție magnetică

8. Selectați afirmația(ele) corectă(e).

A. pentru a determina direcția forței care acționează asupra unei particule încărcate pozitiv, patru degete ale mâinii stângi ar trebui plasate în direcția vitezei particulei.
B. pentru a determina direcția forței care acționează asupra unei particule încărcate negativ, patru degete ale mâinii stângi ar trebui să fie plasate opus direcției vitezei particulei

1) doar A
2) doar B
3) atât A cât și B
4) nici A, nici B

9. O particulă încărcată pozitiv cu o viteză direcționată orizontal v

1) Vertical în jos
2) Vertical în sus
3) Pe noi
4) De la noi

10. O particulă încărcată negativ cu o viteză direcționată orizontal v, zboară în regiunea câmpului perpendicular pe liniile magnetice. Unde este direcționată forța care acționează asupra particulei?

1) Pentru noi
2) De la noi
3) Orizontal la stânga în planul de desen
4) Orizontal la dreapta în planul de desen

Răspunsuri la un test de fizică Regula pentru mâna stângă Detectarea unui câmp magnetic prin efectul acestuia asupra curentului electric
1-3
2-4
3-2
4-3
5-1
6-2
7-4
8-3
9-4
10-2

REGULA MÂNII DREPTĂ determină direcția curentului de inducție într-un conductor care se mișcă într-un câmp magnetic. Dacă palma mâinii drepte este poziționată astfel încât liniile câmpului magnetic să intre în ea, iar degetul mare îndoit este îndreptat de-a lungul mișcării... ... Dicţionar enciclopedic

REGULA MÂNĂ DREAPTĂ, vezi REGULILE LUI FLEMING... Dicționar enciclopedic științific și tehnic

regula mana dreapta- - [Ya.N.Luginsky, M.S.Fezi Zhilinskaya, Yu.S.Kabirov. Dicționar englez-rus de inginerie electrică și inginerie energetică, Moscova, 1999] Subiecte de inginerie electrică, concepte de bază EN Fleming s ruleright hand rule ... Ghidul tehnic al traducătorului

regula mana dreapta- o regulă ușor de memorat pentru determinarea direcției curentului de inducție într-un conductor care se mișcă într-un câmp magnetic: dacă poziționați palma dreaptă astfel încât degetul mare să fie aliniat cu direcția de mișcare... ... Dicţionar enciclopedic de metalurgie

regula mana dreapta- dešinės rankos taisyklė statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. regula mana dreapta vok. Rechte Hand Regel, f rus. mâna dreaptă regulă, n pranc. règle de la main droite, f … Fizikos terminų žodynas

Sârmă dreaptă cu curent. Curentul (I) care curge printr-un fir creează un câmp magnetic (B) în jurul firului. Regula gimlet (de asemenea regula mâinii drepte) este o regulă mnemonică pentru determinarea direcției vectorului viteză unghiulară care caracterizează viteza... Wikipedia

Determină direcția curentului de inducție într-un conductor care se mișcă într-un câmp magnetic. Dacă palma mâinii drepte este poziționată astfel încât liniile câmpului magnetic să intre în ea, iar degetul mare îndoit este îndreptat de-a lungul mișcării conductorului, atunci 4... ... Dicţionar enciclopedic mare

Pentru a determina direcția de inducție. curent într-un conductor care se deplasează într-un câmp magnetic. câmp: dacă poziționați palma dreaptă astfel încât degetul mare întins să coincidă cu direcția de mișcare a conductorului și liniile câmpului magnetic. câmpuri au intrat în palmă, apoi... ... Enciclopedie fizică

De la crearea electricității, s-au făcut multe lucrări științifice în fizică pentru a studia caracteristicile, caracteristicile și impactul acesteia asupra mediului. Regula gimlet și-a pus amprenta semnificativă asupra studiului câmpului magnetic, legea mâinii drepte pentru o înfășurare cilindrica a unui fir permite o înțelegere mai profundă a proceselor care au loc în solenoid, iar regula mâinii stângi caracterizează forțe care afectează un conductor care poartă curent. Datorită mâinii drepte și stângi, precum și mnemotecilor, aceste modele pot fi învățate și înțelese cu ușurință.

Principiul gimletului

Pentru o perioadă destul de lungă de timp, caracteristicile magnetice și electrice ale câmpului au fost studiate separat de fizică. Cu toate acestea, în 1820, din întâmplare, omul de știință danez Hans Christian Ørsted a descoperit proprietățile magnetice ale unui fir electric în timp ce ținea o prelegere despre fizică la universitate. S-a descoperit și dependența orientării acului magnetic de direcția curgerii curentului în conductor.

Experimentul demonstrează prezența unui câmp cu caracteristici magnetice în jurul unui fir purtător de curent, la care reacționează un ac sau un compas magnetizat. Orientarea „schimbării” face ca acul busolei să se rotească în direcții opuse; acul în sine este situat tangent la câmpul electromagnetic.

Pentru a identifica orientarea fluxurilor electromagnetice, se folosește regula gimletului sau legea șurubului drept, care prevede că la înșurubarea unui șurub de-a lungul cursului fluxului de curent electric în șunt, calea de rotire a mânerului va seta orientarea fluxurilor EM ale „schimbarii” de fundal.

De asemenea, este posibil să folosiți regula lui Maxwell a mâinii drepte: atunci când degetul retras al mâinii drepte este orientat de-a lungul cursului fluxului de electricitate, atunci degetele închise rămase vor arăta orientarea câmpului electromagnetic.

Folosind aceste două principii, se va obține același efect, folosit pentru determinarea fluxurilor electromagnetice.

Legea mâinii drepte pentru solenoid

Principiul șurubului considerat sau legea lui Maxwell pentru mâna dreaptă este aplicabil unui fir drept cu curent. Cu toate acestea, în inginerie electrică există dispozitive în care conductorul nu este amplasat rectiliniu, iar legea șurubului nu este aplicabilă pentru acesta. În primul rând, aceasta se referă la inductori și solenoizi. Un solenoid, ca tip de inductor, este o înfășurare cilindrică de sârmă, a cărei lungime este de multe ori mai mare decât diametrul solenoidului. Un șoc de inductanță diferă de un solenoid numai prin lungimea conductorului în sine, care poate fi de câteva ori mai mică.

specialist francez în matematică și fizică A-M. Ampere, datorită experimentelor sale, a învățat și a dovedit că, atunci când inductanța unui curent electric a trecut prin șocul de inductanță, indicatoarele busolei de la capetele înfășurării cilindrice a firului se învârteau cu capetele lor opuse de-a lungul fluxurilor invizibile ale câmpului EM. . Astfel de experimente au demonstrat că un câmp magnetic se formează în apropierea unui inductor care transportă curent, iar o înfășurare cilindrică de sârmă formează poli magnetici. Câmpul electromagnetic excitat de curentul electric al unei înfășurări cilindrice a unui fir este similar cu câmpul magnetic al unui magnet permanent - capătul înfășurării cilindrice a unui fir din care ies fluxuri EM afișează polul nord, iar capătul opus este sudul.

Pentru a recunoaște polii magnetici și orientarea liniilor EM într-un inductor care poartă curent, utilizați regula din dreapta pentru solenoid. Se spune că, dacă luați această bobină cu mâna, plasați degetele palmei direct de-a lungul cursului fluxului de electroni în viraje, degetul mare, mișcat cu nouăzeci de grade, va stabili orientarea fundalului electromagnetic în mijlocul solenoidului. - polul său nord. În consecință, cunoscând poziția polilor magnetici ai unei înfășurări de sârmă cilindrice, este posibil să se determine calea fluxului de electroni în spire.

Legea mâinii stângi

Hans Christian Oersted, după ce a descoperit fenomenul unui câmp magnetic în apropierea unui șunt, și-a împărtășit rapid rezultatele cu majoritatea oamenilor de știință din Europa. Drept urmare, Ampere A.-M., folosind metodele sale, după o scurtă perioadă de timp a prezentat publicului un experiment privind comportamentul specific a două șunturi paralele cu curent electric. Formularea experimentului a dovedit că firele plasate în paralel, prin care curentul electric circulă într-o direcție, se deplasează reciproc unul către celălalt. În consecință, astfel de șunturi se vor respinge reciproc, cu condiția ca „schimbarea” care are loc în ele să fie distribuită în direcții diferite. Aceste experimente au stat la baza legilor lui Ampere.

Testele ne permit să exprimăm principalele concluzii:

Un magnet permanent, un conductor cu o „schimbare”, o particulă în mișcare încărcată electric au o regiune EM în jurul lor;
O particulă încărcată care se mișcă în această regiune este supusă unei anumite influențe din partea fondului EM;
„Schimbarea” electrică este mișcarea orientată a particulelor încărcate în consecință, fondul electromagnetic afectează șuntul cu electricitate.

Fondul EM afectează șuntul cu o „schimbare” a unei anumite presiuni numită forță Amperi. Această caracteristică poate fi determinată prin formula:

FA=IBΔlsinα, unde:

FA – Forța Amperi;
I – intensitatea energiei electrice;
B – vector de modul de inducție magnetică;
Δl – dimensiunea șuntului;
α este unghiul dintre direcția B și cursul electricității în fir.

Cu condiția ca unghiul α să fie de nouăzeci de grade, atunci această forță este cea mai mare. În consecință, dacă acest unghi este zero, atunci forța este zero. Conturul acestei forțe este dezvăluit de modelul mâinii stângi.

Dacă studiați regula gimletului și regula mâinii stângi, veți obține toate răspunsurile la formarea câmpurilor EM și efectul acestora asupra conductorilor. Datorită acestor reguli, este posibil să se calculeze inductanța bobinelor și, dacă este necesar, să se formeze contracurenți. Principiul construcției motoarelor electrice se bazează pe forțele Ampere în general și pe regula stângii în special.

Video