Hogyan határozzuk meg az áram irányát a gimlet szabály segítségével. Mágneses mező

A felnőttkorba lépve kevesen emlékeznek rá iskolai tanfolyam fizika. Néha azonban szükséges elmélyülni az emlékezetében, mert néhány fiatalkorában megszerzett tudás nagyban megkönnyítheti a bonyolult törvényszerűségek memorizálását. Ezek egyike a jobb és bal kéz szabálya a fizikában. Használata az életben lehetővé teszi összetett fogalmak megértését (például ismert alapon határozza meg az axiális vektor irányát). Ma megpróbáljuk elmagyarázni ezeket a fogalmakat és azok működését egy olyan nyelven, amelyet egy olyan egyszerű ember is érthet, aki régen végzett, és elfelejtette a felesleges (ahogyan úgy tűnt) információkat.

Olvassa el a cikkben:

A gimlet szabály megfogalmazása

Peter Buravchik az első fizikus, aki megfogalmazta a balkéz szabályt különböző részecskékre és mezőkre. Mind az elektrotechnikában (segít meghatározni a mágneses mezők irányát), mind más területeken alkalmazható. Ez segít például a szögsebesség meghatározásában.

Gimlet-szabály (szabály jobb kéz) – ez a név nem kapcsolódik az azt megfogalmazó fizikus nevéhez. A név inkább egy olyan szerszámon alapul, amelynek a csavar bizonyos iránya van. Általában egy karmantyú (csavar, dugóhúzó) ún A menet jobbkezes, a fúró az óramutató járásával megegyezően lép be a talajba. Tekintsük ennek az állításnak az alkalmazását annak meghatározásához mágneses mező.

A jobb kezét ökölbe kell szorítania, hüvelykujját felfelé emelve. Most lazítsuk meg egy kicsit a másik négyet. Ők azok, akik megmondják nekünk a mágneses tér irányát. Röviden, a kardánszabály jelentése a következő: a kardánt az áram iránya mentén csavarva látni fogjuk, hogy a fogantyú a mágneses indukciós vektor vonalának irányába forog.

A jobb és bal kéz szabálya: alkalmazása a gyakorlatban

Ennek a törvénynek az alkalmazását tekintve kezdjük a jobbkéz szabállyal. Ha a mágneses térvektor iránya ismert, akkor a gimlet használatával megteheti a törvény ismerete nélkül elektromágneses indukció. Képzeljük el, hogy a csavar a mágneses tér mentén mozog. Ekkor az áram áramlásának iránya „a menet mentén”, azaz jobbra lesz.

Figyeljünk egy állandó vezérlésű mágnesre, amelynek analógja a mágnesszelep. Magában egy tekercs két érintkezővel. Ismeretes, hogy az áram „+”-ról „-”-ra mozog. Ezen információk alapján a jobb kezünkbe vesszük a mágnesszelepet olyan helyzetbe, hogy 4 ujjal jelezzük az áram áramlásának irányát. Ekkor a kinyújtott hüvelykujj jelzi a mágneses tér vektorát.

Balkéz szabály: mit lehet meghatározni a használatával

Ne keverje össze a bal kéz és a karmantyú szabályait - teljesen más célokra szolgálnak. A bal kezed segítségével két erőt, pontosabban azok irányát határozhatod meg. Ez:

Lorentz erő;
Amper teljesítmény.

Próbáljuk kitalálni, hogyan működik.

Bal kéz szabálya az Amper erőhöz: mi ez?

Helyezze bal kezét a vezeték mentén úgy, hogy az ujjai az áram áramlási irányába legyenek irányítva. A hüvelykujj az Amper erővektor irányába mutat, a mágneses mező vektora pedig a kéz irányába, a hüvelykujj és a mutatóujj közé. Ez lesz az amperteljesítmény bal oldali szabálya, amelynek képlete így néz ki:

Balkéz szabály a Lorentz-erőre: különbségek az előzőhöz képest

A bal kéz három ujját (hüvelykujj, mutató és középső) úgy helyezzük el, hogy derékszögben legyenek egymással. A hüvelykujj ebben az esetben oldalra irányítja a Lorentz-erő irányát, a mutatóujj (lefelé mutat) a mágneses tér irányát (az északi pólustól dél felé), a középső ujj pedig, a hüvelykujjtól merőlegesen helyezkedik el, a vezetőben lévő áram irányát jelzi.

A Lorentz-erő kiszámításának képlete az alábbi ábrán látható.

Következtetés

Ha megértette a jobb és bal kéz szabályait, a kedves olvasó meg fogja érteni, milyen könnyű ezeket használni. Végül is a fizika számos törvényének, különösen az elektrotechnikának a ismeretét helyettesítik. Itt a legfontosabb, hogy ne felejtsük el az áram áramlásának irányát.

Reméljük, hogy mai cikkünk hasznos volt tisztelt olvasóink számára. Ha bármilyen kérdése van, az alábbi beszélgetésekben felteheti. Az oldal szerkesztői a lehető leggyorsabban válaszolnak rájuk. Írj, kommunikálj, kérdezz. Mi pedig egy rövid videó megtekintésére hívjuk, amely segít jobban megérteni mai beszélgetésünk témáját.

Utasítás

Olvassa el a nyolcadik osztályos tankönyvben, hogyan hangzanak el a megfelelő légcsavar szabályai. Ez a szabály egyébként gimlet-szabálynak vagy jobbkéz-szabálynak is nevezik, ami a szemantikai természetét jelzi. Tehát a jobb csavar szabályának egyik megfogalmazása kimondja, hogy az árammal rendelkező vezető körül elhelyezkedő mágneses tér irányának megértéséhez el kell képzelni, hogy néhány forgó csavar transzlációs mozgása egybeesik a csavar irányával. az áram a vezetőben. A csavarfej forgásirányának ebben az esetben az áramot hordozó egyenes vezető mágneses mezőjének irányát kell jeleznie.

Kérjük, vegye figyelembe, hogy ennek a szabálynak a megfogalmazása és megértése világosabbá válik, ha csavar helyett karmantyút képzel el. Ezután a kardánfogantyú forgásirányát veszik a mágneses tér irányának.

Ne feledje, mágnesszelep. Mint tudják, ez egy mágneses magra tekercselt tekercs. A tekercs áramforráshoz van csatlakoztatva, aminek eredményeként egy bizonyos irányú egyenletes mágneses tér alakul ki benne.

Rajzolja le a mágnesszelep diagramját egy papírra a végétől. Valójában egy kör képét kapja. A tekercs fordulatait jelölő körön jelölje be nyíl formájában (az óramutató járásával megegyezően) a vezetőben lévő áram irányát. Most már meg kell érteni az áram irányát, ahová a mágneses erővonalak irányulnak. Ebben az esetben akár Öntől, akár feléd irányulhatnak.

Képzelje el, hogy meghúz egy csavart vagy csavart, és elforgatja a mágnesszelepben folyó áram irányába. A csavar előrefelé mozgása jelzi a mágneses tér irányát a mágnesszelep belsejében. Ha az áram iránya az óramutató járásával megegyező irányú, akkor a mágneses tér indukciós vektora Öntől távolodik.

Ha nem érzi kényelmesen az absztrakt szabályokat karmantyúval vagy csavarral minden problémára, használja a jobb oldali csavarszabályt a jobb oldali szabály megfogalmazásában. Ennek a szabálynak a hatása ugyanaz, csak a tekercsben lévő mágneses tér vagy áram indukciós irányának meghatározásának módja különbözik.

Húzzuk meg ismét a mágnesszelep végét. Mutassa be az áram irányát a tekercsben (az óramutató járásával ellentétes irányban). Helyezzük a jobb kezünk jobb szélét a rajzolt körre úgy, hogy a kisujj érintkezzen a körrel, és négy ujjunk a vezetőkben lévő áram irányába mutasson. Helyezze a hüvelykujját 90 fokkal, iránya egybeesik a szolenoidban lévő mágneses tér irányával.

A fizikában és az elektrotechnikában széles körben alkalmaznak különféle technikákat és módszereket a mágneses mező egyik jellemzőjének - az intenzitás irányának - meghatározására. Erre a célra a karikatúra, a jobb és bal kéz törvényét alkalmazzák. Ezek a módszerek meglehetősen pontos eredmények elérését teszik lehetővé.

Gimlet és jobb kéz szabály

A gimlet törvénye a mágneses térerősség irányának meghatározására szolgál. Akkor működik, ha a mágneses tér az áramvezetőhöz képest egyenes vonalban helyezkedik el.

Ez a szabály a mágneses tér irányának egybeeséséből áll a kardán fogantyújának irányával, feltéve, hogy a kardánt jobbos menettel az elektromos áram irányában csavarják be. Ez a szabály vonatkozik a mágnesszelepekre is. Ebben az esetben a jobb kézre nyújtott hüvelykujj jelzi a vonalak irányát. Ebben az esetben a mágnesszelepet úgy kell megfogni, hogy az ujjak mutassák az áram irányát a fordulataiban. Előfeltétel, hogy a tekercs hossza meghaladja az átmérőjét.

A jobbkéz szabály ellentéte a gimlet szabálynak. A vizsgált elem megfogásakor az ökölbe szorított ujjak jelzik az irányt mágneses vonalak. Ugyanakkor figyelembe veszik előre mozgás a mágneses vonalak irányába. A tenyérhez képest 90 fokkal hajlított hüvelykujj jelzi az irányt.

Amikor a vezető mozog, az erővonalak merőlegesen lépnek be a tenyérbe. A hüvelykujj merőlegesen van kinyújtva, és jelzi a vezető mozgási irányát. A maradék négy kiálló ujj az indukciós áram irányában helyezkedik el.

Bal kéz szabály

Az ilyen módszerek közül általában meg kell jegyezni a karmantyút, a jobb és bal kezet, a bal kéz szabályát. Ahhoz, hogy ez a szabály működjön, a bal tenyeret úgy kell elhelyezni, hogy a négy ujj iránya a vezetőben lévő elektromos áram felé legyen. Az indukciós vonalak merőlegesen, 90 0 -os szögben lépnek be a tenyérbe. A hüvelykujj meg van hajlítva, és jelzi a vezetőre ható erő irányát. Ezt a törvényt általában akkor alkalmazzák, ha meg kell határozni a vezető elhajlásának irányát. Ebben a helyzetben egy vezető található két mágnes között, és elektromos áram folyik át rajta.

A bal kéz szabálya is úgy van megfogalmazva, hogy a bal kéz négy ujja abban az irányban helyezkedik el, amelyben az elektromos áram pozitív vagy negatív részecskéi mozognak. Az indukciós vonalaknak, mint más esetekben, merőlegesnek kell lenniük a tenyérre, és be kell lépniük abba. A kiálló hüvelykujj az Amper- vagy Lorentz-erő irányát jelzi.

A fizikában széles körben használják a gimlet, a jobb és a bal kéz szabályát. Mnemonikai szabályokra van szükség az információk könnyű és intuitív memorizálásához. Általában ez összetett mennyiségek és fogalmak alkalmazása mindennapi és rögtönzött dolgokra. Az első személy, aki ezeket a szabályokat megfogalmazta, Peter Buravchik fizikus. Ez a szabály a mnemonikusra vonatkozik, és szorosan kapcsolódik a jobbkéz szabályhoz, feladata az axiális vektorok irányának meghatározása az alap egy ismert irányával. Ezt írják az enciklopédiák, de mi elmeséljük egyszerű szavakkal, rövid és világos.

A név magyarázata

A legtöbben emlékeznek erre egy fizikatanfolyamról, nevezetesen az elektrodinamikai részről. Ez okkal történt, mert ezt az emlékeztetőt gyakran adják a diákoknak, hogy egyszerűsítsék az anyag megértését. Valójában a gimlet szabályt mind az elektromosságban használják, a mágneses tér irányának meghatározására, mind más szakaszokban, például a szögsebesség.

A karmantyú kis átmérőjű lyukak fúrására szolgáló eszköz puha anyagokba modern ember Gyakoribb lenne példaként a dugóhúzót használni.

Fontos! Feltételezzük, hogy a karmantyúnak, csavarnak vagy dugóhúzónak jobbmenete van, vagyis meghúzott forgási iránya az óramutató járásával megegyező, azaz. jobbra.

Az alábbi videó a gimlet szabály teljes megfogalmazását tartalmazza, feltétlenül nézze meg, hogy megértse a lényeget:

Hogyan kapcsolódik a mágneses tér a kardhoz és a kezekhez?

Fizikai feladatokban az elektromos mennyiségek tanulmányozása során gyakran szembesülünk azzal, hogy meg kell találni az áram irányát a mágneses indukciós vektorból és fordítva. Ezekre a készségekre a megoldás során is szükség lesz összetett feladatokés mágneses térrel összekapcsolt rendszerek számításai.

Mielőtt elkezdenénk átgondolni a szabályokat, szeretném emlékeztetni, hogy az áram egy magasabb potenciállal rendelkező pontból egy alacsonyabb potenciállal rendelkező pontba folyik. Egyszerűen fogalmazva, az áram pluszból mínuszba folyik.

A kardánszabály jelentése a következő: ha a kardán hegyét az áram irányában becsavarjuk, a fogantyú a B vektor (a mágneses indukciós vonalak vektora) irányába fog forogni.

A jobbkéz szabály így működik:

Helyezze a hüvelykujját úgy, mintha azt mondaná, hogy „jó!”, majd fordítsa el a kezét úgy, hogy az áram és az ujj iránya egybeessen. Ekkor a maradék négy ujj egybeesik a mágneses térvektorral.

A jobb kéz szabályának vizuális elemzése:

Hogy ezt tisztábban láthassa, végezzen egy kísérletet - szórjon fémforgácsot a papírra, készítsen lyukat a lapon, és fűzzen be egy vezetéket, miután áramot adott rá, látni fogja, hogy a forgács koncentrikus körökké csoportosul.

Mágneses tér mágnesszelepben

A fentiek mindegyike igaz egyenes vezetőre, de mi van akkor, ha a vezetőt tekercsbe tekerjük?

Azt már tudjuk, hogy amikor egy vezető körül áram folyik, mágneses tér jön létre, a tekercs egy mag vagy tüske köré sokszor gyűrűkre tekert vezeték. A mágneses tér ebben az esetben megnő. A mágnesszelep és a tekercs elvileg ugyanaz. Fő jellemzője az, hogy a mágneses erővonalak ugyanúgy futnak, mint az állandó mágnesnél. A mágnesszelep az utóbbi szabályozott analógja.

A szolenoid (tekercs) jobb oldali szabálya segít meghatározni a mágneses tér irányát. Ha úgy tartja a tekercset a kezében, hogy négy ujja az áram áramlási irányába néz, akkor hüvelykujja a tekercs közepén lévő B vektorra mutat.

Ha a kanyarok mentén csavarsz egy kardánt, ismét az áram irányába, pl. a „+” kivezetéstől a mágnesszelep „-” kivezetéséig, akkor az éles vége és a mozgás iránya megfelel a mágneses indukciós vektornak.

Egyszerűen fogalmazva, bárhová is csavarja a karmantyút, a mágneses erővonalak előjönnek. Ugyanez igaz egy fordulatra (körvezető)

Áram irányának meghatározása karmantyúval

Ha ismeri a B vektor irányát - mágneses indukció, akkor könnyen alkalmazhatja ezt a szabályt. Szellemileg mozgassa a kardánt a mező iránya mentén a tekercsben úgy, hogy az éles rész előre legyen, az óramutató járásával megegyező irányú forgás a mozgás tengelye mentén megmutatja, hol folyik az áram.

Ha a vezető egyenes, forgassa el a dugóhúzó fogantyúját a jelzett vektor mentén úgy, hogy ez a mozgás az óramutató járásával megegyező irányban haladjon. Tudva, hogy jobbmenete van - a becsavarozás iránya egybeesik az árammal.

Ami a bal kézhez kapcsolódik

Ne keverje össze a karmantyút és a bal kéz szabályát, amely a vezetőre ható erő meghatározásához szükséges. A bal kéz kiegyenesített tenyere a vezető mentén helyezkedik el. Az ujjak az I áram áramlásának irányába mutatnak. A nyitott tenyeren térvonalak haladnak át. A hüvelykujj egybeesik az erővektorral - ez a bal kéz szabályának jelentése. Ezt az erőt Amper-erőnek nevezik.

Ezt a szabályt alkalmazhatja egy egyedi töltött részecskére, és meghatározhatja a két erő irányát:

Lorenz.
Amper.

Képzeljük el, hogy egy pozitív töltésű részecske mozog egy mágneses térben. A mágneses indukciós vektor vonalai merőlegesek a mozgás irányára. Nyitott bal tenyerét ujjaival a töltés mozgásának irányába kell helyeznie, a B vektornak be kell hatolnia a tenyérbe, majd a hüvelykujj jelzi az Fa vektor irányát. Ha a részecske negatív, az ujjak a töltés irányával ellentétesek.

Ha egy pont nem volt világos számodra, a videó világosan bemutatja, hogyan kell használni a bal oldali szabályt:

Fontos tudni! Ha van egy tested, és olyan erő hat rá, amely hajlamos elfordítani, akkor fordítsd el a csavart ebbe az irányba, és meg fogod határozni, hová irányul az erőnyomaték. Ha szögsebességről beszélünk, akkor itt a következő a helyzet: amikor a dugóhúzó a test forgásával megegyező irányban forog, akkor a szögsebesség irányába csavarodik.

Hosszú ideig külön tanulmányozták az elektromos és a mágneses tereket. De 1820-ban a dán tudós, Hans Christian Oersted egy fizikáról szóló előadás során felfedezte, hogy a mágneses tű az áramot szállító vezető közelében elfordul (lásd 1. ábra). Ez igazolta az áram mágneses hatását. Számos kísérlet elvégzése után Oersted felfedezte, hogy a mágnestű forgása a vezetőben lévő áram irányától függ.

Rizs. 1. Oersted kísérlete

Ahhoz, hogy elképzeljük azt az elvet, ahogyan a mágnestű az árammal rendelkező vezető közelében forog, vegyük figyelembe a vezető végéről a nézetet (lásd 2. ábra, az áram az ábrába irányul, - az ábráról), amely közelében a mágnestűk vannak felszerelve. Az áram áthaladása után a nyilak egy bizonyos módon egy vonalba kerülnek, egymással ellentétes pólusokkal. Mivel a mágneses nyilak a mágneses vonalakat érintően helyezkednek el, az árammal rendelkező egyenes vezető mágneses vonalai körök, irányuk a vezetőben lévő áram irányától függ.

Rizs. 2. Mágneses tűk elhelyezkedése egy egyenes áramvezető közelében

Az áramvezető mágneses vonalak egyértelműbb bemutatásához a következő kísérletet lehet elvégezni. Ha egy áramvezető vezeték köré vasreszeléket öntünk, akkor a reszelék egy idő után a vezető mágneses terébe kerülve felmágneseződnek, és a vezetőt körülvevő körökbe rendeződnek (lásd 3. ábra).

Rizs. 3. Vasreszelék elrendezése egy áramvezető vezeték körül ()

Az áramvezető vezeték közelében lévő mágneses vonalak irányának meghatározásához létezik gimlet szabály(jobboldali csavarszabály) - ha a kardánt a vezetőben lévő áram irányába csavarja, akkor a kardán fogantyújának forgásiránya jelzi az áram mágneses erővonalainak irányát (lásd 4. ábra).

Rizs. 4. Gimlet-szabály ()

Használhatod is jobb kéz szabálya- ha jobb kezed hüvelykujjával a vezetőben lévő áram irányába mutat, akkor négy hajlított ujj jelzi az áram mágneses erővonalainak irányát (lásd 5. ábra).

Rizs. 5. Jobb kéz szabály ()

Mindkét szabály ugyanazt az eredményt adja, és felhasználható az áram irányának meghatározására a mágneses erővonalak irányában.

Miután felfedezte a mágneses tér megjelenésének jelenségét az áramot szállító vezető közelében, Oersted elküldte kutatásainak eredményeit Európa vezető tudósainak többségének. Miután megkapta ezeket az adatokat, a francia matematikus és fizikus, Ampere megkezdte kísérletsorozatát, és egy idő után bemutatta a nyilvánosságnak tapasztalatait két párhuzamos vezető és az áram közötti kölcsönhatásról. Ampere megállapította, hogy ha egy elektromos áram egy irányban folyik két párhuzamos vezetőn keresztül, akkor az ilyen vezetők vonzzák (lásd a 6. b ábrát), ha az áram befolyik. ellentétes oldalak- a vezetők taszítják (lásd 6. a ábra).

Rizs. 6. Ampere kísérlete ()

Kísérleteiből Ampere a következő következtetéseket vonta le:

1. Mágneses tér van egy mágnes, vagy egy vezető, vagy egy elektromosan töltött mozgó részecske körül.

2. A mágneses tér bizonyos erővel hat az ebben a térben mozgó töltött részecskére.

3. Elektromos áram A töltött részecskék irányított mozgását ábrázolja, tehát mágneses tér hat az áramot szállító vezetőre.

A 7. ábrán egy huzaltéglalap látható, amelyben az áram irányát nyilak mutatják. A karmantyú szabályt használva húzzon egy mágneses vonalat a téglalap oldalaihoz, nyíllal jelezve annak irányát.

Rizs. 7. A probléma illusztrációja

Megoldás

A téglalap (vezető keret) oldalai mentén az áram irányában egy képzeletbeli karmantyút csavarunk.

A keret jobb oldalának közelében mágneses vonalak lépnek ki a mintából a vezetőtől balra, és belépnek a minta jobb oldali síkjába. Ezt jelzi a nyílszabály, amely a vezetőtől balra egy pont, jobbra pedig egy kereszt formájában található (lásd 8. ábra).

Hasonlóképpen meghatározzuk a mágneses vonalak irányát a keret másik oldala közelében.

Rizs. 8. A probléma illusztrációja

Ampere kísérlete, amelyben mágneses nyilakat helyeztek a tekercs köré, azt mutatta, hogy amikor áram folyik a tekercsen keresztül, a mágnesszelep végeihez vezető nyilak különböző pólusokkal helyezkedtek el képzeletbeli vonalak mentén (lásd 9. ábra). Ez a jelenség azt mutatta, hogy az áramvezető tekercs közelében mágneses tér van, és azt is, hogy a szolenoidnak mágneses pólusai vannak. Ha megváltoztatja az áram irányát a tekercsben, a mágneses tűk megfordulnak.

Rizs. 9. Ampere kísérlete. Mágneses tér kialakulása árammal tekercs közelében

Meghatározni mágneses pólusok használt áramtekercsek jobb kéz szabály a mágnesszelephez(lásd 10. ábra) - ha a jobb tenyerével összekulcsolja a mágnesszelepet, négy ujját az áram irányába mutatva a kanyarokban, akkor a hüvelykujjával a mágneses erővonalak irányát mutatja a szolenoid belsejében, van, annak északi sarkáig. Ez a szabály lehetővé teszi, hogy meghatározza az áram irányát a tekercs fordulataiban a mágneses pólusok elhelyezkedése alapján.

Rizs. 10. Jobb oldali szabály áramvezető mágnesszelephez

Határozza meg az áram irányát a tekercsben és a pólusokat az áramforrásnál, ha amikor az áram áthalad a tekercsen, megjelennek a 11. ábrán látható mágneses pólusok.

Rizs. 11. A probléma illusztrációja

Megoldás

A mágnesszelep jobb kéz szabálya szerint fogjuk meg a tekercset úgy, hogy a hüvelykujj az északi pólusra mutasson. A négy hajlított ujj jelzi az áram irányát a vezetőn lefelé, ezért az áramforrás jobb oldali pólusa pozitív (lásd 12. ábra).

Rizs. 12. A probléma illusztrációja

On ezt a leckét Megvizsgáltuk a mágneses tér megjelenésének jelenségét egy egyenes áramú vezető és egy áramú tekercs (szolenoid) közelében. Tanulmányozták ezen mezők mágneses vonalainak megtalálásának szabályait is.

Hivatkozások