Правило буравчика и правой руки для направления вектора магнитной индукции

Правило Буравчика

На практике это правило довольно удобно для определения такой величины магнитного поля, как направленность напряженности. Вы можете использовать это правило, пока магнитное поле находится на прямой линии с проводником с током. С его помощью можно без наличия специализированных приборов определять различные физические величины (момент сил, момент, вектор магнитной индукции).

Это правило:

• объясняет особенности электромагнетизма;
• объясняет физику движения магнитных полей, которое его сопровождает.

Формулировка правила подвеса следующая: если подвес с правой резьбой навинчивается вдоль магнитной линии, направление магнитного поля совпадает с направлением захвата этого подвеса.

Основной принцип, используемый в правиле винта, — это выбор направленности для оснований и векторов. Часто на практике решается использовать правильное основание. Левые базы используются очень редко, когда использование правой неудобно или вообще нецелесообразно. Этот принцип также применим к соленоиду.

Катушка с плотно соединенными витками называется соленоидом. Главное требование — длина катушки, которая должна быть существенно больше ее диаметра.

Кольца соленоида напоминают поле сплошного магнита. Магнитная игла, находясь в свободном вращении и приближаясь к проводнику с током, образует поле и будет стремиться занять вертикальное положение вдоль проводника.

В данном случае это звучит так: если обнять соленоид таким образом, чтобы пальцы указывали в сторону тока в винтах, то выступающий палец головки правой руки будет указывать направление рядов индукционных магнитов.

Разные интерпретации правила буравчика означают, что все его описания могут быть адаптированы к различным случаям их применения.

Правило правой руки гласит следующее: обнимать элемент, который исследуется таким образом, чтобы пальцы сжатого кулака показывали вектор магнитных линий, при продвижении вдоль магнитных линий палец верхнего регистра согнут на 90 градусов относительно оси ладонь покажет направление текущего движения.

В случае, если дается движущийся проводник, принцип будет иметь следующую формулировку: расположите руку так, чтобы силовые линии поля входили в ладонь вертикально; верхний палец руки, расположенный вертикально, будет ориентировать направление движения этого проводника, в этом случае другие четыре открытых пальца будут иметь такую ​​же направленность индукционного тока.

Его использование заложено в конструкции катушек, в которых формируется воздействие на ток, что предполагает образование противотока, когда это необходимо.

В реальной жизни также применимо следствие этого принципа: если вы разминаете ладонь правой руки так, чтобы линии магнитного силового поля входили в эту ладонь и указываете пальцами на линию движения заряженных частиц по выступу пальцем головы, то можно указать, куда будет направлена ​​линия этой силы, оказывая поляризующее действие на проводник. Другими словами, сила, позволяющая вращать момент силы на валу любого работающего двигателя с помощью электрического тока.

Определение

Строго говоря, правило подвеса — это мнемонический алгоритм, используемый для определения пространственного направления магнитной индукции в зависимости от ориентации электрического тока, возбуждающего магнитное поле.

Это правило можно сформулировать так: если кончик кардана (штопор, винт) направлен по вектору тока, ориентация линий магнитной индукции будет совпадать с направлением вращения ручки кардана в традиционном варианте этого инструмент (с правым винтом)

На рисунке 1 показана схема для простейшего случая: электрический ток течет по прямому участку проводника вдали от наблюдателя (синяя стрелка). Условный спин направлен своим заостренным концом по линии в направлении тока. Если представить себе поступательное движение буравчика по проводнику, направление линий, описываемых рукояткой штопора, будет совпадать с ориентацией магнитных линий электрического поля.

Объяснение названия

Изучив общие принципы и формулировки, пользоваться рассмотренными правилами несложно. Ниже подробно описаны приемы, применяемые при работе с электрическими цепями. В частности, они используются для определения направления тока. При необходимости уточняются параметры поля формата. Подобные технологии можно использовать в механике для оценки угловой скорости и других рабочих параметров системы. Изменяются только отдельные компоненты формул. Алгоритмы применения технологий остаются неизменными.

Понятие вектора

Мы считаем, что нет смысла интерпретировать правило буравчика при отсутствии знания определения вектора. Необходимо открыть бутылку — поможет знание правильных действий. Вектор — это математическая абстракция, которой на самом деле не существует, с указанными знаками:

1. Сегмент линии направления, обозначенный стрелкой.
2. Отправной точкой будет точка действия силы, описываемой вектором.
3. Длина вектора равна силовому модулю, полю и другим описываемым величинам.

Это не всегда влияет на силу. Поле описывается векторами. Самый простой пример школьникам показывают учителя физики. Речь идет о линиях напряженности магнитного поля. Векторы обычно рисуются по касательной. На иллюстрациях действия на проводник с током вы увидите прямые линии.

Правило Хикки

Векторные величины часто лишены места применения, центры действия выбираются по взаимной договоренности. Момент силы исходит от плечевой оси. Необходимо для упрощения сложения. Предположим, что на рычаги разной длины действуют неравные силы, приложенные к рычагам с общей осью. Результат найдем простым сложением, вычитанием моментов.

Векторы помогают решать множество повседневных задач, и хотя они представляют собой математические абстракции, на самом деле они работают. На основе ряда закономерностей можно предсказать будущее поведение объекта вместе со скалярными величинами: размер популяции, температура окружающей среды. Экологов интересуют направления, скорость полета птиц. Смещение — это векторная величина.

Правило кардана помогает найти векторное произведение векторов. Это не тавтология. Просто результат действия тоже будет вектором. Правило подвеса описывает направление, в котором будет указывать стрелка. Что касается формы, нужно применить формулы. Правило подвеса — это упрощенная и чисто качественная абстракция сложной математической операции.

Использование

Самый простой способ определить путь линий магнитного поля — применить правило карданного подвеса

Вы можете изобразить это вот так, на примере своей правой руки и самой распространенной нити. Кладем нитку в руку. Четыре пальца плотно сжимаем в кулак. Большой палец указывает вверх — это жест, который мы используем, чтобы показать, что нам что-то нравится. В этой «раскладке» большой палец четко укажет направление тока, а четыре других — путь линий магнитного поля.

Правило вполне применимо в жизни. Физикам он нужен для определения направления магнитного поля тока, для расчета механической скорости вращения, вектора магнитной индукции и момента силы.

Кстати, на то, что правило применимо к множеству ситуаций, указывает еще и то, что существует несколько его интерпретаций одновременно, в зависимости от каждого конкретного рассматриваемого случая.

Формулировка правила буравчика

Петр Буравчик — первый физик, сформулировавший правило левой руки для различных частиц и полей. Он применим как в электротехнике (помогает определять направление магнитных полей), так и в других отраслях промышленности. Это поможет, например, определить угловую скорость.

Простое и понятное объяснение с наглядным примером

Правило кардана (правило правой руки) — это название не связано с именем физика, который его сформулировал. Больше названия основано на инструменте, который имеет определенное направление улитки. Обычно карданный вал (винт, штопор) имеет так называемую правую резьбу, сверло входит в землю по часовой стрелке. Попробуйте применить это утверждение для определения магнитного поля.

Главное не забыть, в каком направлении течет ток

Правую руку нужно сжать в кулак, приподняв большой палец. Теперь немного откройте остальные четыре. Именно они показывают нам направление магнитного поля. Короче говоря, правило подвеса имеет следующее значение: вращая подвес вдоль направления тока, мы увидим, что ручка вращается в направлении линии вектора магнитной индукции.

Как связано магнитное поле с буравчиком и руками

В физических задачах, при изучении электрических величин, он часто сталкивается с необходимостью найти направление тока по вектору магнитной индукции и наоборот. Кроме того, эти навыки потребуются при решении сложных задач и расчетов, связанных с магнитным полем систем.

Прежде чем приступить к рассмотрению правил, я хочу напомнить, что ток течет от точки с высоким потенциалом к ​​точке с меньшим. Можно сказать проще: ток течет от плюса к минусу.

Правило кардана имеет следующее значение: когда наконечник карданного подвеса завинчивается по направлению тока, ручка будет вращаться в направлении вектора B (вектора линий магнитной индукции).

Правило правой руки работает так:

Расположите большой палец, как будто вы показываете «класс!», Затем поверните руку так, чтобы направление тока и направление пальца совпадали. Тогда оставшиеся четыре пальца совпадут с вектором магнитного поля.

Четкая разбивка правила правой руки:

Чтобы увидеть это более наглядно, проведите эксперимент: присыпьте металлической стружкой бумагу, проделайте в листе отверстие и проденьте нить, после подачи тока вы увидите, что стружка сгруппирована концентрическими кругами.

Правило правой руки

В электротехнике очень часто используется интерпретация подвеса для правой руки.

Действия можно сформулировать следующим образом: «Если отведенный в сторону большой палец правой руки поместить вдоль проводника так, чтобы он совпадал с направлением электрического тока, оставшиеся пальцы будут указывать направление силовых линий магнитного поля, образованных электрическое поле.

Сформулированные выше алгоритмы применимы и к соленоидам. Но разница в том, что в случае соленоида ручка кардана поворачивается так, что это движение совпадает с направлением токов в катушках, а продвижение винта кардана указывает на ориентацию вектора магнитной линии в соленоиде.

При использовании правой руки пальцы (условно) закрывают катушку, так что направление тока в катушках совпадает с пространственным расположением пальцев. Затем большой палец укажет направление вектора электромагнитных линий внутри катушки.

Нетрудно догадаться, что по этим правилам можно определить направление течения. Например, если магнитная стрелка используется для определения силы притяжения линий магнитной индукции, то, применяя правило карданного подвеса (как вариант его правой формулировки), легко определить, в каком направлении течет ток.

Правило правой и левой руки: применение на практике

При рассмотрении применения этого закона давайте начнем с правила правой руки. Если вы знаете направление вектора магнитного поля, с помощью подвеса можно обойтись, не зная закона электромагнитной индукции. Представим, что винт движется по магнитному полю. Тогда направление тока будет «по проводу», то есть вправо.

Применение правила правой руки для соленоида

Обращаем внимание на управляемый постоянный магнит, аналогом которого является соленоид. Внутри это двухконтактная катушка. Известно, что ток меняется от «+» к «-». Основываясь на этой информации, берем соленоид в правую руку в таком положении, чтобы 4 пальца указывали направление тока. Затем вытянутый большой палец укажет вектор магнитного поля.

Правило левой руки

В электротехнике часто возникают вопросы, связанные с определением силы тока в Амперах. Для решения таких проблем используется алгоритм, называемый правилом левой руки (иллюстрация на рис.4) — мнемоническое правило, описывающее метод определения направления силы Ампера путем выталкивания точечного заряда или проводника, через который проходит электрический ток потоки.

Алгоритм использования левой руки следующий: если левую ладонь перпендикулярно протыкают силовые линии и пальцы находятся в направлении тока, силы, действующие на проводник, устремятся в сторону, где выступают точки большого пальца.

Интерпретация для точечного заряда

Отметим, что сформулированное правило справедливо для решения задач определения ориентации силы Лоренца. Перефразируем правило: если ладонь левой руки поместить в магнитное поле таким образом, что линии индукции входят в нее перпендикулярно, а выпрямленные пальцы направлены в сторону движения положительного заряда, то направление силы Лоренца вектор будет совпадать с большим пальцем, разнесенным на 90º.

Наглядная интерпретация правила левой руки показана на рисунке 5. Обратите внимание, что алгоритм действий для определения сил Ампера и Лоренца практически одинаков.

Примечание: в случае отрицательного заряда вытянутые пальцы указывают в направлении, противоположном движению частицы.

Правило левой руки: что можно определить, воспользовавшись им

Не путайте линейку для левой руки и подвес — они предназначены для совершенно разных целей. С помощью левой руки вы можете определить две силы, а точнее их направление. Это:

• сила Лоренца;
• сила тока.

Правило левой руки для силы Ампера: в чём оно заключается

Левую руку кладем вдоль проводника так, чтобы пальцы были направлены в сторону протекания тока. Большой палец будет указывать в направлении вектора силы Ампера, а в направлении руки, между большим и указательным пальцами, вектор магнитного поля будет направлен.

Правило левой руки для силы Лоренца: отличия от предыдущего

Ставим три пальца левой руки (большой, указательный и средний) так, чтобы они находились под прямым углом друг к другу.

Большой палец, направленный в данном случае в сторону, укажет направление силы Лоренца, указательный палец (направленный вниз) — направление магнитного поля (от северного полюса на юг) и средний палец, расположенный перпендикулярно в сторону большого, — направление тока в проводнике.

Специальные правила

Рассмотрим варианты основного правила подвеса для частных случаев. Применение таких правил часто упрощает процесс расчета.

Для векторного произведения

Расположите векторы так, чтобы их начальные точки совпадали. Для этой ситуации правило стабилизатора:

Если один из векторов множителей повернуть как можно короче, пока направления не совпадут со вторым вектором, винт, который вращается таким образом, будет закручен в направлении, в котором указывает перекрестное произведение.

По циферблату часов

При размещении векторов так, чтобы их начальные точки совпадали, вы можете определить направление созданного вектора с помощью стрелки по часовой стрелке. Для этого необходимо мысленно сдвинуть один из векторных факторов в сторону другого вектора кратчайшего пути. Итак, если вы посмотрите со стороны направления вращения этого вектора по часовой стрелке, осевой вектор будет направлен глубоко в квадрант.

Правила правой руки, для произведения векторов

Есть два варианта правила.

Первый вариант:

Если согнутые пальцы правой руки направлены к кратчайшему пути, чтобы выровнять векторный фактор с другим фактором (векторы выходят из той же точки), большой палец, отложенный в сторону, укажет направление осевого вектора.

Второй вариант:

Если правая ладонь расположена так, что большой палец совпадает с вектором первого фактора, а указательный палец совпадает со вторым, средний палец, отставленный в сторону, будет совпадать с направлением полученного вектора.

Мнемонические правила для отдельных случаев

Представленные технологии не нужны для решения практических задач. Правило правой руки в физике используется как вспомогательный инструмент. Вычисления выполняются с использованием стандартных методов векторной алгебры. Однако довольно часто требуется ускоренное уточнение направления магнитных линий или другого параметра. Информация о силе тока в амперах, другие точные данные не всегда нужны. В подобных ситуациях вам пригодятся физические правила карданного подвеса.

Для механического вращения скорости

Удобные и понятные правила можно применять в разных сферах деятельности.

Для угловой скорости

Чтобы рассматривать механические системы, часто необходимо работать с выражениями угловой скорости (w) и смещения (v). Направление вектора w определяется движением стабилизатора.

Для момента импульса

По такому же принципу уточняются параметры углового момента (L), который зависит от общей массы и ее распределения в исследуемом объекте. Однако вы можете узнать направление вектора, используя простое правило подвеса.

Для момента сил

Согласно классическому определению, крутящий момент (M) равен произведению векторов силы (F) и радиуса (r), который соединяет точки оси вращения и точки, в которых применяется соответствующее воздействие. Для расчетов используются сложные вычисления с использованием интегралов и угловых проекций. Движение тела будет соответствовать движению подвеса. Это подразумевает поворот его ручки в направлении соответствующего момента силы.

Магнитостатика и электродинамика

Земля создает мощное поле, защищающее людей от солнечной радиации. Под его воздействием стрелка компаса перемещается в определенное положение. Ток, проходящий через проводник, создает силу для вращения двигателя. Для выработки электроэнергии используется обратный алгоритм действий. Аннотированные процессы можно сформулировать и описать серией уравнений. Правило правой руки позволяет без лишних сложностей определять отдельные параметры в электродинамике.

Магнитная индукция

Рассматриваемое явление было обнаружено в начале 19 века. Основные зависимости физических величин определяются законом Фарадея:

E = — dФ / dt,

где это находится:

• Е — электродвижущая сила;
• — магнитный поток, создаваемый вектором индукции;
• t — интервал контрольного времени.

В дальнейшем зависимость ЭДС определялась не только формой силы внешнего воздействия. Ток также появляется в проводнике, движущемся в стабильном магнитном поле. Bio-Savard экспериментально установила векторную зависимость. Позже Лаплас дал общее определение и усовершенствовал принципы расчета платы за мобильную единицу. Эти постулаты легли в основу современной магнитостатики.

В приведенном выше выражении «минус» перед второй частью объясняется условием противоположного направления линий магнитного потока, соответствующего (закон Лоренца) току в проводнике.

Для упрощения рассмотрения методологии правило буравчика будет кратко обозначено далее в тексте аббревиатурой «PB». Правило левой или правой руки — «PLR» или «PPR» соответственно. Другие сокращения для обозначений:

• движение винта (буравчика) — НДБ;
• поворот ручки — НВР;
• один большой палец, отведенный под прямым углом — НБП;
• согнуть остальные пальцы — ПНП.

Условные сокращения

Соответствие метода

PB
NDB	ток в контрольном проводе
NVR	вектор (V), созданный прошлым текущим
PPR
NBP	текущий
NSP	электрические линии

Уравнения Максвелла

В этом случае используется возможность выразить функционирование ротора в терминах произведения двух векторов. Для простоты понимания вы можете представить себе текучую среду, вращающуюся с определенной угловой скоростью.

Методы определения основных параметров

Соблюдение метода

PB
NDB	выражение вектора ротора
NVR	водовороты поля
PPR
NBP	вектор ротора (поток, проходящий через контур управления)
NSP	водовороты (индуцированная электродвижущая сила)