Правило буравчика правой и левой руки. Простое объяснение правила буравчика. Направление тока правило левой руки

С помощью правила буравчика определяют направления магнитных линий (по-другому их еще называют линии магнитной индукции) вокруг проводника с током.

Правило буравчика: определение

Само правило звучит так: когда направление буравчика, двигающегося поступательно, совпадает с направлением тока в исследуемом проводнике, направление вращения ручки этого буравчика такое же, как и направление магнитного поля тока.

Его же называют - правило правой руки и в этом контексте определение куда понятней. Если обхватить провод правой рукой так, чтобы четыре пальца были сжаты в кулак, а большой указывал вверх (то есть так, как мы обычно показываем рукой «класс!»), то большой палец укажет, по какому направлению движется ток, а другие четыре пальца – направление линий магнитного поля

Под буравчком подразумевают винт с правой резьбой. Они в технике являются стандартом, потому как представляют совершенное большинство. К слову, это же правило можно было бы сформулировать и на примере движения часовой стрелки, потому как винт с правой резьбой закручивается именно в этом направлении.

Применение правила буравчика

В физике правило буравчика применяют не только для определения направления магнитного поля тока. Так, например, оно относится и к вычислению направления аксиальных векторов, вектора угловой скорости, вектора магнитной индукции B, направления индукционного тока при известном векторе магнитной индукции и многих других вариантах. Но для каждого такого случая правило имеет свою формулировку.

Так, например, для вычисления вектора произведения оно гласит: если изобразить векторы так, чтобы они совпадали в начале, и двигать первый вектор-сомножитель ко второму вектору-сомножителю, то буравчик, двигающийся таким же образом, завинтится в сторону вектора-произведения.

Или вот так будет звучать правило буравчика для механического вращения скорости: если вращать винт в том же направлении, в каком вращается тело, он завинтится в сторону направления угловой скорости.

Так выглядит правило буравчика для момента сил: при вращении винта в том же направлении, в каком силы поворачивают тело, буравчик завинтится в сторону направления этих сил.

Основные законы Динамики. Законы Ньютона - первый, второй, третий. Принцип относительности Галилея. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Силы упругости. Вес. Силы трения - покоя, скольжения, качения + трение в жидкостях и газах.

Кинематика. Основные понятия. Равномерное прямолинейное движение. Равноускоренное движение. Равномерное движение по окружности. Система отсчёта. Траектория, перемещение, путь, уравнение движения, скорость, ускорение, связь линейной и угловой скорости.

Простые механизмы. Рычаг (рычаг первого рода и рычаг второго рода). Блок (неподвижный блок и подвижный блок). Наклонная плоскость. Гидравлический пресс. Золотое правило механики

Законы сохранения в механике. Механическая работа, мощность, энергия, закон сохранения импульса, закон сохранения энергии, равновесие твердых тел

Движение по окружности. Уравнение движения по окружности. Угловая скорость. Нормальное = центростремительное ускорение. Период, частота обращения (вращения). Связь линейной и угловой скорости

Механические колебания. Свободные и вынужденные колебания. Гармонические колебания. Упругие колебания. Математический маятник. Превращения энергии при гармонических колебаниях

Механические волны. Скорость и длина волны. Уравнение бегущей волны. Волновые явления (дифракция. интерференция...)

Гидромеханика и аэромеханика. Давление, гидростатическое давление. Закон Паскаля. Основное уравнение гидростатики. Сообщающиеся сосуды. Закон Архимеда. Условия плавания тел. Течение жидкости. Закон Бернулли. Формула Торричели

Молекулярная физика. Основные положения МКТ. Основные понятия и формулы. Свойства идеального газа. Основное уравнение МКТ. Температура. Уравнение состояния идеального газа. Уравнение Менделеева-Клайперона. Газовые законы - изотерма, изобара, изохора

Волновая оптика. Корпускулярно-волновая теория света. Волновые свойства света. Дисперсия света. Интерференция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция света. Поляризация света

Термодинамика. Внутренняя энергия. Работа. Количество теплоты. Тепловые явления. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к различным процессам. Уравнение теплового балланса. Второй закон термодинамики. Тепловые двигатели

Электростатика. Основные понятия. Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Принцип суперпозиции. Теория близкодействия. Потенциал электрического поля. Конденсатор.

Постоянный электрический ток. Закон Ома для участка цепи. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца. Закон Ома для полной цепи. Закон электролиза Фарадея. Электрические цепи - последовательное и параллельное соединение. Правила Кирхгофа.

Электромагнитные колебания. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур. Переменный электрический ток. Конденсатор в цепи переменного тока. Катушка индуктивности ("соленоид") в цепи переменного тока.

Электромагнитные волны. Понятие электромагнитной волны. Свойства электромагнитных волн. Волновые явления

Вы сейчас здесь: Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Правило буравчика. Закон Ампера и сила Ампера. Сила Лоренца. Правило левой руки. Электромагнитная индукция, магнитный поток, правило Ленца, закон электромагнитной индукции, самоиндукция, энергия магнитного поля

Квантовая физика. Гипотеза Планка. Явление фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна. Фотоны. Квантовые постулаты Бора.

Элементы теории относительности. Постулаты теории относительности. Относительность одновременности, расстояний, промежутков времени. Релятивистский закон сложения скоростей. Зависимость массы от скорости. Основной закон релятивистский динамики...

Погрешности прямых и косвенных измерений. Абсолютная, относительная погрешность. Систематические и случайные погрешности. Среднее квадратическое отклонение (ошибка). Таблица определения погрешностей косвенных измерений различных функций.

B и многих других, а также для определения направления таких векторов, которые определяются через аксиальные, например, направление индукционного тока при заданном векторе магнитной индукции.

• Для многих из этих случаев кроме общей формулировки, позволяющей определять направление векторного произведения или ориентацию базиса вообще, имеются специальные формулировки правила, особенно хорошо приспособленные к каждой конкретной ситуации (но гораздо менее общие).

В принципе, как правило, выбор одного из двух возможных направлений аксиального вектора считается чисто условным, однако он должен происходить всегда одинаково, чтобы в конечном результате вычислений не оказался перепутан знак. Для этого и служат правила, составляющие предмет этой статьи (они позволяют всегда придерживаться одного и того же выбора).

Общее (главное) правило

Главное правило, которое может использоваться и в варианте правила буравчика (винта) и в варианте правила правой руки - это правило выбора направления для базисов и векторного произведения (или даже для чего-то одного из двух, так как одно прямо определяется через другое). Главным оно является потому, что в принципе его достаточно для использования во всех случаях вместо всех остальных правил, если только знать порядок сомножителей в соответствующих формулах.

Выбор правила для определения положительного направления векторного произведения и для положительного базиса (системы координат) в трехмерном пространстве - тесно взаимосвязаны.

Левая (на рисунке слева) и правая (справа) декартовы системы координат (левый и правый базисы). Принято считать положительным и использовать по умолчанию правый (это общепринятое соглашение; но, если особые причины заставляют отойти от данного соглашения - это должно оговариваться явно)

Оба эти правила в принципе чисто условны , однако принято (по крайней мере, если обратное явно не оговорено) считать, и это общепринятое соглашение, что положительным является правый базис , а векторное произведение определяется так, что для положительного ортонормированного базиса e → x , e → y , e → z {\displaystyle {\vec {e}}_{x},{\vec {e}}_{y},{\vec {e}}_{z}} (базиса прямоугольных декартовых координат с единичным масштабом по всем осям, состоящего из единичных векторов по всем осям) выполняется следующее:

e → x × e → y = e → z , {\displaystyle {\vec {e}}_{x}\times {\vec {e}}_{y}={\vec {e}}_{z},}

где косым крестом обозначена операция векторного умножения.

По умолчанию же общепринято использовать положительные (и таким образом правые) базисы. Левые базисы в принципе принято использовать в основном когда использовать правый очень неудобно или вообще невозможно (например, если у нас правый базис отражается в зеркале, то отражение представляет собой левый базис, и с этим ничего не поделаешь).

Поэтому правило для векторного произведения и правило для выбора (построения) положительного базиса взаимно согласованы.

Они могут быть сформулированы так:

Для векторного произведения

Правило буравчика (винта) для векторного произведения : Если нарисовать векторы так, чтобы их начала совпадали и вращать первый вектор-сомножитель кратчайшим образом ко второму вектору-сомножителю, то буравчик (винт), вращающийся таким же образом, будет завинчиваться в направлении вектора-произведения.

Вариант правило буравчика (винта) для векторного произведения через часовую стрелку : Если нарисовать векторы так, чтобы их начала совпадали и вращать первый вектор-сомножитель кратчайшим образом ко второму вектору-сомножителю и смотреть с той стороны, чтобы это вращение было для нас по часовой стрелке, вектор-произведение будет направлен от нас (завинчиваться вглубь часов).

Правило правой руки для векторного произведения (первый вариант) :

Если нарисовать векторы так, чтобы их начала совпадали и вращать первый вектор-сомножитель кратчайшим образом ко второму вектору-сомножителю, а четыре пальца правой руки показывали направление вращения (как бы охватывая вращающийся цилиндр), то оттопыренный большой палец покажет направление вектора-произведения.

Правило правой руки для векторного произведения (второй вариант) :

A → × b → = c → {\displaystyle {\vec {a}}\times {\vec {b}}={\vec {c}}}

Если нарисовать векторы так, чтобы их начала совпадали и первый (большой) палец правой руки направить вдоль первого вектора-сомножителя, второй (указательный) - вдоль второго вектора-сомножителя, то третий (средний) покажет (приблизительно) направление вектора-произведения (см. рисунок).

Применительно к электродинамике по большому пальцу направляют ток (I), вектор магнитной индукции (B) направляют по указательному, а сила (F) будет направлена по среднему пальцу. Мнемонически правило легко запомнить по аббревиатуре FBI (сила, индукция, ток или Федеральное Бюро Расследований (ФБР) в переводе с английского) и положению пальцев руки, напоминающему пистолет.

Для базисов

Все эти правила могут быть, конечно, переписаны для определения ориентации базисов. Перепишем только два из них: Правило правой руки для базиса :

x, y, z - правая система координат.

Если в базисе e x , e y , e z {\displaystyle e_{x},e_{y},e_{z}} (состоящем из векторов вдоль осей x, y, z ) первый (большой) палец правой руки направить вдоль первого базисного вектора (то есть по оси x ), второй (указательный) - вдоль второго (то есть по оси y ), а третий (средний) окажется направленным (приблизительно) в направлении третьего (по z ), то это правый базис (как и оказалось на рисунке).

Правило буравчика (винта) для базиса : Если вращать буравчик и векторы так, чтобы первый базисный вектор кратчайшим образом стремился ко второму, то буравчик (винт) будет завинчиваться в направлении третьего базисного вектора, если это правый базис.

• Всё это, конечно, соответствует расширению обычного правила выбора направления координат на плоскости (х - вправо, у - вверх, z - на нас). Последнее может быть ещё одним мнемоническим правилом, в принципе способным заменить правило буравчика, правой руки и т. д. (впрочем, пользование им, вероятно, требует иногда определённого пространственного воображения, так как надо мысленно повернуть нарисованные обычным образом координаты до совпадения их с базисом, ориентацию которого мы хотим определить, а он может быть развернут как угодно).

Формулировки правила буравчика (винта) или правила правой руки для специальных случаев

Выше упоминалось о том, что все разнообразные формулировки правила буравчика (винта) или правила правой руки (и другие подобные правила), в том числе все упоминаемые ниже, не являются необходимыми. Их не обязательно знать, если знаешь (хотя бы в каком-то одном из вариантов) общее правило, описанное выше и знаешь порядок сомножителей в формулах, содержащих векторное произведение.

Однако многие из описанных ниже правил хорошо приспособлены к специальным случаям их применения и поэтому могут быть весьма удобны и легки для быстрого определения направления векторов в этих случаях .

Правило правой руки или буравчика (винта) для механического вращения скорости

Правило правой руки или буравчика (винта) для угловой скорости

Правило правой руки или буравчика (винта) для момента сил

M → = ∑ i [ r → i × F → i ] {\displaystyle {\vec {M}}=\sum _{i}[{\vec {r}}_{i}\times {\vec {F}}_{i}]}

(где F → i {\displaystyle {\vec {F}}_{i}} - сила, приложенная к i -ой точке тела, r → i {\displaystyle {\vec {r}}_{i}} - радиус-вектор, × {\displaystyle \times } - знак векторного умножения),

правила тоже в целом аналогичны, однако сформулируем их явно.

Правило буравчика (винта): Если вращать винт (буравчик) в том направлении, в котором силы стремятся повернуть тело, винт будет завинчиваться (или вывинчиваться) в ту сторону, куда направлен момент этих сил.

Правило правой руки: Если представить, что мы взяли тело в правую руку и пытаемся его повернуть в направлении, куда указывают четыре пальца (силы, пытающиеся повернуть тело направлены по направлению этих пальцев), то оттопыренный большой палец покажет в ту сторону, куда направлен вращающий момент (момент этих сил).

Правило правой руки и буравчика (винта) в магнитостатике и электродинамике

Для магнитной индукции (закона Био - Савара)

Правило буравчика (винта) : Если направление поступательного движения буравчика (винта) совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции поля, создаваемого этим током .

Правило правой руки : Если обхватить проводник правой рукой так, чтобы оттопыренный большой палец указывал направление тока, то остальные пальцы покажут направление огибающих проводник линий магнитной индукции поля, создаваемого этим током, а значит и направление вектора магнитной индукции , направленного везде по касательной к этим линиям .

Для соленоида оно формулируется так: Если обхватить соленоид ладонью правой руки так, чтобы четыре пальца были направлены вдоль тока в витках, то отставленный большой палец покажет направление линий магнитного поля внутри соленоида .

Для тока в проводнике, движущемся в магнитном поле

Правило правой руки : Если ладонь правой руки расположить так, чтобы в неё входили силовые линии магнитного поля, а отогнутый большой палец направить по движению проводника, то четыре вытянутых пальца укажут направление индукционного тока .

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 B ,

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. Электродвигатели и генераторы, устройства для записи звука в магнитофонах, телефоны и микрофоны - во всех этих и во множестве других приборов и устройств используется взаимодействие токов, токов и магнитов.

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

Примеры:

- 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/paragraph16/theory.html#.VNoh5iz4uFg

http://www.eduspb.com/node/1775

http://www.ispring.ru

Из экспериментальных занятий по физике можно заключить, что магнитное поле оказывает воздействие на заряженные частицы, находящиеся в движении, а, следовательно, и на проводники с током. Сила воздействия магнитного поля на проводник с током, называется силой Ампера, а ее векторное направление устанавливает правило левой руки.

Сила Ампера находится в прямо пропорциональной зависимости от индукции магнитного поля, силы тока в проводнике, длины проводника и угла расположения вектора магнитного поля по отношению к проводнику. Математическое написание этой зависимости получило название закон Ампера:

F А =B*I*l*sinα

Исходя из этой формулы, можно сделать вывод о том, что при α=0° (параллельное положение проводника) сила F А будет равняться нулю, а при α=90° (перпендикулярное направление проводника) она будет максимальной.

Свойства силы, действующей на проводник с электрическим током в магнитном поле, были подробно описаны в трудах А. Ампера.

Если сила Ампера действует на весь проводник с проходящим током (поток заряженных частиц), то отдельная движущаяся положительно заряженная частица находится под влиянием силы Лоренца. Выразить силу Лоренца можно через F А, разделив эту величину на количество движущихся зарядов внутри проводника (концентрацию носителей заряда).

В магнитном поле под влиянием силы Лоренца заряд движется по окружности, при условии, что направление его движения перпендикулярно линиям индукции.

Сила Лоренца рассчитывается по следующей формуле:

F Л =q*v*B*sinα

Проведя серию физических экспериментов с использованием магнитных полюсов, как источника однородного магнитного поля. и рамки с током, можно наблюдать изменение поведения рамки (выталкивается или втягивается в зону распространения магнитного поля) при изменении не только направления заряженных частиц, но и при смене ориентации полюсов. Таким образом, вектор магнитной индукции, вектор скорости заряженных частиц (направление тока) и вектор силы находятся в тесном взаимодействии и ориентированны взаимно перпендикулярно.

Для определения направления работы сил Лоренца и Ампера следует пользоваться правилом левой руки: «Если ладонь левой руки развернуть таким образом, чтобы в нее под прямым углом входили линии магнитного поля, а вытянутые пальцы располагались по направлению электрического тока (направление движения частиц с положительным зарядом), то направление действия силы укажет перпендикулярно отодвинутый большой палец».

Такая упрощенная формулировка позволяет быстро и безошибочно определить направление любого неизвестного вектора: силы, тока или линий индукции магнитного поля.

Правило левой руки применимо в случаях, когда:

• определяется направление действия силы на положительно заряженные частицы (для отрицательно заряженных частиц направление будет противоположным);
• линии индукции магнитного поля и вектор скорости заряженных частиц образуют угол отличный от нуля (в противном случае сила не будет действовать на проводник).

В однородном магнитном поле рамка с током располагается так, что линии магнитного поля проходят через ее плоскость под прямым углом.

Если магнитное поле образуется вокруг линейного проводника с током, то оно считается неоднородным (переменным во времени и пространстве). В таком поле рамка с током будет не просто ориентироваться как-то определенно, но и притягиваться к проводнику с током или выталкиваться за пределы распространения магнитного поля. Поведение рамки определяется направлением токов в проводнике и рамке. Рамка с током всегда поворачивается вдоль радиуса линий индукции неоднородного магнитного поля.

Если рассмотреть два проводника с токами, движущимися в одном направлении, то с использованием правила левой руки можно установить, что сила, действующая на правый проводник, будет направлена влево, тогда как сила, действующая на левый проводник - вправо. Следовательно, получается что силы, воздействующие на проводники, направлены друг к другу. Именно этим заключением объясняется притягиванием проводников с однонаправленными токами.

Если же ток в двух параллельных проводниках будет идти в противоположных направлениях, то действующие силы будут направлены в разные стороны. Это приведет к отталкиванию двух проводников.

На рамку с током, помещенную в неоднородное магнитное поле, оказывают действие силы разных направлений, заставляющие ее вращаться. На этом явлении и основан принцип действия электродвигателя.

Применение правила левой руки имеет большое практическое значение и является следствием многократных экспериментов, открывающих природу магнитного поля.

Видео про правило левой руки