Помогите, пожалуйста!!! Пользуясь правилом левой, руки укажите направление силы ампера (рис.1) и направление тока (рис. 2)в проводнике. — Знания.site

Ответы 1

Пользуемся правилом левой руки)

Знаешь ответ? Добавь его сюда!

Последние вопросы

  • Математика

    5 часов назад

    84 баллов в скайсмарте ,это 5 или 4?
  • Геометрия

    8 часов назад

    Из вершины развернутого угла АВС проведен луч ВК и проведена биссектриса ВМ угла АВК. Найдите угол АВМ, если угол СВК равен 54о

  • Геометрия

    10 часов назад

    Посогите пожалуйста с геометрией срочно

  • ОБЖ

    10 часов назад

    8. Наиболее частые заболевания, связанные с сосудосуживающим действием никотина:

    a) Инфаркт миокарда б) Переживающая хромота или гангрена конечности

    b) Кровоточивость из носа и ушей г) Расширение вен нижних конечностей д) Гипотония

  • Математика

    13 часов назад

    20.000 — 282 x 750 / 47 + 989 пожалуйста помогите мне

  • Химия

    15 часов назад

    определить массу 5,6 л. Аргона при давлении 202,6 кПа и t27 градусов Цельсия . Решить задачу двумя способами

  • Физика

    16 часов назад

    Металлическое тело кубической формы со стороной 10 см плавает в резервуаре с ртутью. В резервуар налили жидкость таким образом, что её верхний уровень совпал с верхней горизонтальной поверхностью тела. Рассчитай высоту столба налитой в резервуар жидкости.

    Справочные данные: плотность металла — 11350 кг/м³, плотность ртути — 13600 кг/м³, плотность жидкости — 1030 кг/м³. (Ответ округли до десятых.)

  • Физика

    1 день назад

    Металлический предмет кубической формы со стороной 40 см плавает в сосуде с ртутью. В сосуд налили жидкость таким образом, что её верхний уровень совпал с верхней горизонтальной поверхностью предмета. Рассчитай высоту столба налитой в сосуд жидкости. Справочные данные: плотность металла 7800 кг/м³, плотность ртути 13600 кг/м³, плотность жидкости — 1000 кг/м³.

    (Ответ округли до десятых.)

  • Математика

    1 день назад

    Маша кормит собачек

    У Маши три собачки Диди, Мими и Фифи. Диди весит 3 кг, Фифи 3,5 кг, а Мими 4,5 кг.

    Всего у Маши 33 кг корма на месяц для собачек. Она хочет пересыпать корм в коробки пропорционально весу каждой собаки. Сколько корма в какую коробку она должна пересыпать? Ответы дайте в килограммах.

  • Физика

    1 день назад

    Металлический предмет кубической формы со стороной 30 см. плавает в резервуаре с ртутью. В резервуар налили жидкость таким образом, что её верхний уровень совпал с верхней горизонтальной поверхностью предмета. Найди высоту столба налитой в резервуар жидкости. Справочные данные: плотность металла 2700 кг/м², плотность ртути — 13600 кг/м³, плотность жидкости — 1000 кг/м³.

    (Ответ округли до десятых.)

  • Другие предметы

    1 день назад

    Что это означает?

  • Математика

    1 день назад

    сторона правильной треугольной пирамиды равна 8 найдите площадь полной поверхности пирамиды если ее апофема равна корень 8 из 3

  • Математика

    1 день назад

    сторона правильной треугольной пирамиды равна 8 найдите объем пирамиды если ее апофема равна 13

  • Математика

    1 день назад

    два ребра прямоугольного паралепипеда выходящие из одной вершины равны 72 и 18 найти объем

  • Математика

    2 дня назад

    У трикутнику ABC <A= 90°, <B=30°, АВ=6 см. Знайдіть інші сторони трикутника.

правило правой и левой руки

Browse from millions of quizzes

QUIZ

Physics

55%

accuracy

14

plays

Татьяна Жирнова

3 years

Physics

Татьяна Жирнова

14

plays

24 questions

No student devices needed. Know more

24 questions

Show Answers

See Preview

  • 1. Multiple-choice

    30 seconds

    1 pt

    Укажите правильный вариант расположения линий магнитного поля у прямого проводника с током.

    Нет правильного ответа

    Все варианты верные

  • 2. Multiple-choice

    30 seconds

    1 pt

    В какой точке (А, Б, В) магнитное поле слабее?

  • 3. Multiple-choice

    30 seconds

    1 pt

    Укажите направление тока в проводнике, если известно, что линии магнитного поля направлены против часовой стрелки.

    От нас

    Вправо

  • 4. Multiple-choice

    30 seconds

    1 pt

    Укажите направление линий магнитного поля в проводнике, в котором ток направлен к нам.

    От наблюдателя

    К наблюдателю

    По часовой стрелке

    Против часовой стрелки

  • 5. Multiple-choice

    45 seconds

    1 pt

    Применяя правило левой руки, определи направление силы, с которой магнитное поле будет действовать на проводник с током.

    вправо

    от нас

  • 6. Multiple-choice

    30 seconds

    1 pt

    Проводник с током находится между полюсами магнита. Куда направлена сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник?

    От нас

  • 7. Multiple-choice

    30 seconds

    1 pt

    Правильное положение магнитной стрелки в магнитном поле постоянного магнита изображено на рисунке

  • 8. Multiple-choice

    30 seconds

    1 pt

    Проводник с током находится между полюсами постоянного магнита (см. рисунок). Сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током, направлена

    1) направо

    2) налево

    3) вниз

    4) вверх

  • 9. Multiple-choice

    30 seconds

    1 pt

    Наиболее сильно магнитное поле проявляется:

    в середине полосового магнита

    на северном полюсе полосового магнита

    на обоих концах полосового магнита

    на южном полюсе полосового магнита

  • 10. Multiple-choice

    30 seconds

    1 pt

    Направление магнитной линии – это направление, которое указывает:

    северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля

    южный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля

    северный и южный полюса магнитной стрелки в каждой точке поля.

    любое направление магнитной стрелки в каждой точке поля.

  • 11. Multiple-choice

    30 seconds

    1 pt

    Вокруг проводника с током существует:

    силовое поле

    гравитационное поле

    электрическое поле

    магнитное поле

  • 12. Multiple-choice

    30 seconds

    1 pt

    Как определяется направление силовых линий магнитного поля проводника с током?

    направление силовых линий магнитного поля определяется с помощью магнитной стрелки.

    направление силовых линий магнитного поля определяется с помощью правила буравчика

    направление силовых линий магнитного поля определяется с помощью правила правой руки

    направление силовых линий магнитного поля определяется с помощью правила левой руки.

  • 13. Multiple-choice

    30 seconds

    1 pt

    От чего зависит направление силовых линий магнитного поля проводника с током?

    Направление силовых линий магнитного поля проводника с током зависит от направления тока в проводнике.

    Направление силовых линий магнитного поля проводника с током зависит от расположения заряженных частиц в проводнике.

    Направление силовых линий магнитного поля проводника с током зависит химического состава проводника.

    Направление силовых линий магнитного поля проводника с током зависит от формы проводника.

  • 14. Multiple-choice

    30 seconds

    1 pt

    Определите направление течение тока в проводнике. (он перпендикулярен плоскости экрана (кружочек))

    от нас

    не течет ток

  • 15. Multiple-choice

    30 seconds

    1 pt

    Определите направление силы, действующую на проводник. (ток течет от нас)

    ⌉ (вверх)

    ⌊ (вниз)

  • 16. Fill-in-the-Blank

    30 seconds

    1 pt

    Проводник длиной 20 см перпендикулярен вектору магнитной индукции однородного магнитного поля, модуль которого B = 0,5 Тл. Сила тока в проводнике I=8 А. Найдите силу Ампера действующую на этот проводник. (в ответе напишите только число)

  • 17. Multiple-choice

    30 seconds

    1 pt

    Определите направление тока

    К нам (⊙)

    От нас (⊗)

  • 18. Multiple-choice

    30 seconds

    1 pt

    Определите направление линий магнитного поля

  • 19. Multiple-choice

    30 seconds

    1 pt

    Определите направление силы Лоренца, действующей на движущуюся отрицательно заряженную частицу.

    от нас

    вправо

  • 20. Multiple-choice

    30 seconds

    1 pt

    Единицей измерения магнитной индукции является

    Ньютон

    Эрстед

  • 21. Multiple-choice

    30 seconds

    1 pt

    Эрстед наблюдал

    взаимодействие двух проводников с током

    взаимодействие двух магнитов

    поворот магнитной стрелки вблизи проводника с током

  • 22. Multiple-choice

    30 seconds

    1 pt

    В однородное магнитное поле внесен проводник с током. Определите направление тока в проводнике.

    от нас

  • 23. Multiple-choice

    30 seconds

    1 pt

    Как определяется направление силы Ампера?

    по правилу буравчика

    по правилу правой руки

    по правилу левой руки

    без правил — это очевидно для каждого случая

  • 24. Multiple-choice

    30 seconds

    1 pt

    Куда направлена сила Ампера?

    вправо

  • Expore all questions with a free account

    Already have an account?

Правило правой руки | PASCO

Правило правой руки в физике

Правило правой руки — это мнемоника, используемая в физике для определения направления осей или параметров, которые указывают в трех измерениях. Правило правой руки, изобретенное в 19 веке британским физиком Джоном Амброузом Флемингом для применения в электромагнетизме, является наиболее часто используется для определения направления третьего параметра, когда известны два других (магнитное поле, ток, магнитная сила). Есть несколько вариантов правила правой руки, которые объясняются в этом разделе.

Когда проводник, например медный провод, движется через магнитное поле (В), в проводнике индуцируется электрический ток (I). Это явление известно как закон индукции Фарадея. Если проводник движется внутри магнитного поля, то имеет место соотношение между направлениями движения проводника (скоростью), магнитным полем и индукционным током. Мы можем использовать правило правой руки Флеминга исследовать закон индукции Фарадея, который представлен уравнением:

ЭДС = ЭДС индукции (В или Дж/Кл)
N = количество витков катушки
Δ𝚽 B = изменение магнитного потока (Tm2)
Δ t = изменение во времени (с)

Поскольку оси x, y и z перпендикулярны друг другу и образуют прямые углы, для визуализации их можно использовать правило правой руки. выравнивание в трехмерном пространстве. Чтобы использовать правило правой руки, начните с создания L-образной формы, используя правый большой палец, указатель и средний палец. Палец. Затем переместите средний палец внутрь к ладони так, чтобы он был перпендикулярен указательному и большому пальцу. Твоя рука должно выглядеть примерно так:

На диаграмме выше большой палец совпадает с осью z, указательный палец совмещается с осью x, а средний палец совмещается с осью y.

Беспроводная смарт-тележка

Один из лучших способов помочь учащимся научиться уверенно пользоваться правилом правой руки — это выполнить наглядную демонстрацию, которая поможет им распознать и исправить свои неправильные представления об ортогональных отношениях и системах координат.

Многие учителя используют вращающуюся измерительную линейку, чтобы показать, что объект, который кажется вращающимся «по часовой стрелке» с точки зрения одного ученика, также кажется вращающимся «против часовой стрелки», если смотреть с другой точки зрения. Использование динамической тележки для обучения правилу правой руки позволяет преподавателям продемонстрировать как задачу с терминологией «по часовой стрелке», так и «против часовой стрелки», а также решение, которое дает правило правой руки и оси вращения. С помощью Wireless Smart Cart преподаватели могут использовать 3-осевой гироскоп и фиксированную систему координат для создания увлекательных демонстраций вращательного движения. Полную демонстрацию смотрите здесь.

Правило правой руки для магнетизма

Движущиеся заряды

Заряженная частица – это частица с электрическим зарядом. Когда неподвижная заряженная частица находится в магнитном поле, она не испытать магнитную силу; однако, как только заряженная частица движется в магнитном поле, она испытывает индуцированное магнитное поле. сила, смещающая частицу с ее первоначального пути. Это явление, также известное как сила Лоренца, согласуется с правилом, согласно которому утверждает, что «магнитные поля не действуют». Уравнение, используемое для определения величины магнитной силы, действующей на заряженную частицу (q) перемещение магнитного поля (B) со скоростью v под углом θ:

Если скорость заряженной частицы параллельна магнитному полю (или антипараллельна), то силы нет, так как sin(θ) равен нулю. Когда это происходит, заряженная частица может сохранять прямолинейное движение даже в присутствии сильного магнитного поля.

Плоскость, образованная направлением магнитного поля и скоростью заряженной частицы, находится под прямым углом к ​​силе. Поскольку сила возникает под прямым углом к ​​плоскости, образованной скоростью частицы и магнитным полем, мы можем использовать правило правой руки, чтобы определить их направленность.

Правило правой руки гласит: чтобы определить направление магнитной силы на положительно движущемся заряде, наведите большой палец правой руки на направление скорости (v), ваш указательный палец в направлении магнитного поля (B), а ваш средний палец будет указывать на направление результирующей магнитной силы (F). На отрицательные заряды действует сила в противоположном направлении.

Магнитная сила, индуцированная током: ток в прямом проводе

Обычный ток состоит из движущихся зарядов, которые по своей природе положительны. Когда обычный ток течет по токопроводящему проводу, на провод воздействует магнитное поле, которое толкает его. Мы можем использовать правило правой руки, чтобы определить направление силы, действующей на провод с током. В этой модели ваши пальцы указывают в направлении магнитного поля, большой палец указывает в направлении магнитного поля. обычный ток, проходящий через провод, и ваша ладонь указывает направление, в котором провод проталкивается (сила).

Магнитная сила, действующая на проводник с током, определяется уравнением:

Когда длина провода и магнитное поле находятся под прямым углом друг к другу, уравнение принимает вид:

F B = магнитная сила (Н)
I = ток (А)
L = длина провода (м)
B = магнитное поле (Тл)

Если рассматривать протекание тока как движение положительных носителей заряда (условный ток) в вышеуказанном изображение, мы замечаем, что обычный ток движется вверх по странице. Так как обычный ток состоит положительных зарядов, то тот же проводник с током можно описать как имеющий ток с отрицательным носители заряда движутся вниз по странице. Хотя эти потоки движутся в противоположных направлениях, единый наблюдается магнитная сила, действующая на провод. Следовательно, сила действует в том же направлении, независимо от того, рассмотрим поток положительных или отрицательных носителей заряда на изображении выше. Применение правила правой руки к направление обычного тока указывает правильное направление магнитной силы. Когда мы рассматриваем поток отрицательных носителей заряда на изображении выше, правило правой руки указывает на направление оставшейся силы; однако отрицательный знак меняет результат на противоположный, указывая на то, что направление магнитной силы действительно указывает вправо.

Если мы рассмотрим поток зарядов в двух разных проводах, один с положительными зарядами течет вверх по странице, а другой с отрицательными зарядами, текущими вверх по странице, то направление магнитных сил не будет одинаковым, потому что мы рассматриваем две различные физические ситуации. В первом проводе поток позитива заряжает страницу вверх указывает на то, что отрицательные заряды стекают вниз по странице. Использование правила правой руки говорит нам, что магнитное сила будет указывать в правильном направлении. По второму проводу отрицательные заряды текут вверх по странице, что означает, что положительные заряды стекают по странице. В результате правило правой руки указывает на то, что магнитное поле сила направлена ​​влево.

Токи, индуцированные магнитными полями

В то время как магнитное поле может быть индуцировано током, ток также может быть индуцирован магнитным полем. Мы можем использовать второе правило правой руки, иногда называемое правилом захвата правой руки, для определения направления магнитного поля. поле, созданное током. Чтобы использовать правило хвата правой рукой, направьте большой палец правой руки в направлении течения. течь и сгибать пальцы. Направление ваших пальцев будет отражать изогнутое направление наведенного магнитного поля.

Правило правой руки особенно полезно для решения задач, связанных с токоведущим проводом или соленоидом. В обоих случаях правило хвата правой рукой применяется к двум применениям закона Ампера о замкнутом контуре, который касается интегрального магнитного поля вокруг замкнутого контура к электрическому току, проходящему через плоскость замкнутого контура.

Направление вращения: Соленоиды

Когда электрический ток проходит через соленоид, он создает магнитное поле. Чтобы использовать правило хвата правой рукой в проблемы с соленоидом, направьте пальцы в направлении условного тока и сверните пальцы, как будто они были вокруг соленоида. Ваш большой палец будет указывать в направлении линий магнитного поля внутри соленоида. Примечание что силовые линии магнитного поля направлены в противоположную сторону вне соленоида. Они оборачивают изнутри снаружи соленоида.

Направление вращения: токоведущие провода

Когда электрический ток проходит по прямому проводу, он индуцирует магнитное поле. Чтобы применить правило хвата правой рукой, совместите большой палец с направлением обычного тока (от положительного к отрицательному), и ваши пальцы укажут направление магнитных линий потока.

Правая линейка для крутящего момента

Проблемы крутящего момента часто являются самой сложной темой для студентов первого курса физики. К счастью, есть правило правой руки приложение для крутящего момента, а также. Чтобы использовать правило правой руки в задачах с крутящим моментом, возьмите правую руку и направьте ее в направление вектора положения (r или d), затем поверните пальцы в направлении силы, и ваш большой палец укажет в направлении крутящего момента.

Уравнение для расчета величины вектора крутящего момента для крутящего момента, создаваемого данной силой:

Когда угол между вектором силы и плечом момента является прямым углом, синусоидальный член становится равным 1, и уравнение становится:

F = усилие (Н)
𝜏 = крутящий момент (Нм)
r = расстояние от центра до линии действия (м)

Положительный и отрицательный момент

Моменты, возникающие в направлении против часовой стрелки, являются положительными моментами. Альтернативно, крутящие моменты, возникающие в направление по часовой стрелке — отрицательные крутящие моменты. Так что же происходит, если ваша рука указывает на бумагу или выходит из нее? Крутящие моменты, которые лицевой стороной от бумаги следует анализировать как положительные крутящие моменты, а крутящие моменты, направленные внутрь, следует анализировать. как отрицательные моменты.

Правило правой руки для перекрестного произведения

Перекрестное произведение или векторное произведение создается, когда упорядоченная операция выполняется над двумя векторами, a и b. векторное произведение векторов a и b перпендикулярно обоим a и b и нормально к плоскости, которая его содержит. С существует два возможных направления векторного произведения, для определения направления следует использовать правило правой руки вектора перекрестного произведения.

Например, векторное произведение векторов a и b можно представить с помощью уравнения:

(произносится как «крест б»)

Чтобы применить правило правой руки к перекрестным произведениям, расположите пальцы под прямым углом. Затем укажите свой индекс указательным пальцем в направлении вектора а и средним пальцем в направлении вектора b. Ваш правый большой палец будет указывать в направлении векторного произведения a x b (вектор c).

Правило правой руки для закона Ленца

Закон электромагнитной индукции Ленца — еще одна тема, которая часто кажется нелогичной, поскольку требует понимание того, как магнетизм и электрические поля взаимодействуют в различных ситуациях. Закон Ленца гласит, что направление тока, индуцируемого в замкнутом проводящем контуре изменяющимся магнитным полем (закон Фарадея), таков, что вторичное магнитное поле, созданное индуцированным током, противодействует первоначальному изменению магнитного поля, которое произвело это. Итак, что это значит? Давайте сломаем это.

Когда магнитный поток через проводник с замкнутым контуром изменяется, он индуцирует ток внутри контура. Индуцированный ток создает вторичное магнитное поле, противодействующее первоначальному изменению потока, вызвавшему индукционный ток. Сила магнитного поля, проходящего через проволочную катушку, определяет магнитный поток. Магнитный поток зависит от напряженность поля, площадь катушки и относительная ориентация между полем и катушкой, как показано в следующем уравнении.


𝚽 B = магнитный поток (Tm 2 )
B = магнитное поле (Тл)
Θ = угол между полем и нормалью (градусы)
A = площадь петли (м 2 )

Чтобы понять, как закон Ленца повлияет на эту систему, нам нужно сначала определить, является ли начальное магнитное поле увеличение или уменьшение силы. По мере приближения северного магнитного полюса к петле это вызывает существующее магнитное поле. поле увеличить. Поскольку магнитное поле увеличивается, индуцированный ток и результирующее индуцированное магнитное поле будут противостоять первоначальному магнитному полю, уменьшая его. Это означает, что первичное и вторичное магнитные поля будут возникать в противоположные направления. Когда существующее магнитное поле уменьшается, индуцированный ток и результирующая индуцированная магнитная поле будет противодействовать исходному, уменьшая магнитное поле, усиливая его. Таким образом, индуцированное магнитное поле будет иметь того же направления, что и первоначальное магнитное поле.

Чтобы применить правило правой руки к закону Ленца, сначала определите, увеличивается ли магнитное поле в контуре или уменьшение. Вспомним, что магниты создают силовые линии магнитного поля, которые движутся от северного магнитного полюса внутрь к магнитному полюсу. магнитный южный полюс. Если магнитное поле увеличивается, то направление вектора индуцированного магнитного поля будет в противоположном направлении. Если магнитное поле в контуре убывает, то вектор индуцированного магнитного поля будет происходят в том же направлении, чтобы заменить уменьшение исходного поля. Затем выровняйте большой палец в направлении наведенное магнитное поле и согните пальцы. Ваши пальцы будут указывать в направлении индуцированного тока.

5.8 Магнитные поля, создаваемые токами: закон Ампера

Цели обученияМагнитное поле, создаваемое длинным прямым проводом с током: Правило правой руки 2Закон Ампера и другие Магнитное поле, создаваемое круговым контуром с токомМагнитное поле, создаваемое соленоидом с током

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

  • Расчет тока, создающего магнитное поле
  • Используйте правило правой руки 2 для определения направления тока или направления контуров магнитного поля

Информация, представленная в этом разделе, поддерживает следующие цели обучения и научные практики AP®:

  • 2.D.2.1 Учащийся может словесно или визуально изобразить магнитное поле вокруг длинного прямого провода или пары параллельных проводов. (СП ​​1.1)
  • 3.C.3.1 Учащийся может использовать правила правой руки для анализа ситуации с проводником с током и движущимся электрически заряженным объектом, чтобы определить направление магнитной силы, действующей на заряженный объект из-за магнитное поле, создаваемое проводником с током. (СП ​​1.4)
  • 3.C.3.2 Учащийся может планировать стратегию сбора данных, подходящую для исследования направления силы на движущийся электрически заряженный объект, вызванной током в проводе, в контексте определенного набора оборудования и инструменты и анализировать полученные данные, чтобы прийти к заключению. (СП ​​4.2, 5.1)

Какой ток необходим для создания значительного магнитного поля, возможно такого же сильного, как поле Земли? Геодезисты скажут вам, что воздушные линии электропередач создают магнитные поля, которые мешают показаниям их компаса. Действительно, когда в 1820 году Эрстед обнаружил, что ток в проводе влияет на стрелку компаса, он не имел дело с чрезвычайно большими токами. Как форма проводов, по которым течет ток, влияет на форму создаваемого магнитного поля? Ранее мы отмечали, что токовая петля создает магнитное поле, подобное магнитному стержню, но как насчет прямого провода или тороида (бублика)? Как направление создаваемого током поля связано с направлением тока? Ответы на эти вопросы исследуются в этом разделе вместе с кратким обсуждением закона, управляющего полями, создаваемыми токами.

Магнитное поле, создаваемое длинным прямым проводом с током: Правило правой руки 2

Магнитные поля имеют как направление, так и величину. Как отмечалось ранее, одним из способов определения направления магнитного поля является использование компаса, как показано для длинного прямого провода с током на рис. 5.30. Датчики Холла могут определять величину поля. Обнаружено, что поле вокруг длинного прямого провода представляет собой кольцевые петли. Правило правой руки 2 (RHR-2) вытекает из этого исследования и справедливо для любого текущего сегмента — большой палец указывают в направлении тока, а пальцы скручиваются в направлении создаваемых им петель магнитного поля .

Рис. 5.30 (a) Компасы, расположенные рядом с длинным прямым проводом с током, показывают, что силовые линии образуют круглые петли с центром на проводе. (b) Правило правой руки 2 (RHR-2) гласит, что если большой палец правой руки указывает в направлении течения, остальные пальцы сгибаются в направлении поля. Это правило согласуется с полем, отображаемым для длинного прямого провода, и справедливо для любого текущего сегмента.

Выполнение соединений: Обозначение

Для провода, ориентированного перпендикулярно странице, если ток в проводе направлен за пределы страницы, RHR говорит нам, что линии магнитного поля будут ориентированы вокруг провода против часовой стрелки. Если ток в проводе направлен на страницу, силовые линии магнитного поля будут ориентированы вокруг провода по часовой стрелке. Мы используем ⊙⊙, чтобы указать, что направление тока в проводе вне страницы, и ⊗⊗ для направления внутрь страницы.

Рисунок 5.31. Два параллельных провода имеют токи, направленные внутрь или наружу страницы, как показано. Показано направление магнитного поля вблизи двух проводов.

Напряженность (величина) магнитного поля, создаваемого длинным прямым проводом с током, экспериментально определена как

5.24 B=µ0I2πr(длинный прямой провод),B=µ0I2πr(длинный прямой провод), размер 12{B= {{µ rSub {размер 8{0}} I} более {2πr} } « \(«длинный прямой провод» \) ,} {}

где II размер 12{I} {} — ток, rr размер 12{r} {} — кратчайшее расстояние до провода, а постоянная μ0=4π×10−7T⋅m/Aμ0=4π×10−7T ⋅м/А – проницаемость свободного пространства. (µ0(µ0 size 12{ \( µ rSub { size 8{0} } } {} является одной из основных констант в природе. Позже мы увидим, что µ0µ0 size 12{µ rSub { size 8{0} } } { } связано со скоростью света.) Поскольку проволока очень длинная, величина поля зависит только от расстояния от проволоки r,r,size 12{r} {}, а не от положения вдоль проволоки.

Пример 5.6. Расчет тока, создающего магнитное поле

Найдите силу тока в длинном прямом проводе, который на расстоянии 5,0 см от провода создает магнитное поле, вдвое превышающее магнитное поле Земли.

Стратегия

Поле Земли составляет около 5,0×10−5T, 5,0×10−5T, поэтому здесь размер BB 12{B} {} из-за провода принимается равным 1,0×10−4T.1,0× 10−4T. Уравнение B=µ0I2πrB=µ0I2πr можно использовать для нахождения I,I, поскольку все остальные величины известны.

Решение

Решение для размера II 12{I} {} и ввод известных значений дает

5,25 I=2πrBµ0=2π5,0×10−2м1,0×10−4T4π×10−7T⋅м/A =25 A. I=2πrBµ0=2π5.0×10−2m1.0×10−4T4π×10−7T⋅m/A=25 A.

Обсуждение

Таким образом, умеренно большой ток создает значительное магнитное расстоянии 5,0 см от длинного прямого провода. Обратите внимание, что ответ указан только с двумя цифрами, потому что в этом примере поле Земли указано только с двумя цифрами.

Закон Ампера и другие

Магнитное поле длинного прямого провода имеет больше значений, чем вы можете предположить на первый взгляд. Каждый отрезок тока создает магнитное поле, подобное магнитному полю длинного прямого провода, а полное поле тока любой формы представляет собой векторную сумму полей, создаваемых каждым отрезком. Формальная формулировка направления и величины поля, создаваемого каждым сегментом, называется законом Био-Савара. Интегральное исчисление необходимо для суммирования поля для тока произвольной формы. Это приводит к более полному закону, называемому законом Ампера, который связывает магнитное поле и ток в общем виде. Закон Ампера, в свою очередь, является частью уравнений Максвелла, дающих полную теорию всех электромагнитных явлений. Рассмотрение того, как уравнения Максвелла кажутся разным наблюдателям, привело к современной теории относительности и осознанию того, что электрические и магнитные поля — это разные проявления одного и того же явления. Большая часть этого выходит за рамки этого текста как на математическом уровне, требующем исчисления, так и на том количестве места, которое может быть уделено этому. Но для заинтересованных студентов, и особенно для тех, кто продолжает заниматься физикой, инженерией или подобными занятиями, дальнейшее углубление в эти вопросы откроет описания природы, которые элегантны и глубоки. В этом тексте мы будем помнить об общих особенностях, таких как RHR-2 и правилах для линий магнитного поля, перечисленных в «Магнитных полях» и «Линиях магнитного поля», концентрируясь на полях, создаваемых в определенных важных ситуациях.

Установление связей: теория относительности

Слушая все, что мы делаем об Эйнштейне, у нас иногда создается впечатление, что он изобрел теорию относительности из ничего. Напротив, одним из побуждений Эйнштейна было решить трудности, связанные с пониманием того, как разные наблюдатели видят магнитные и электрические поля.

Магнитное поле, создаваемое круговым контуром с током

Магнитное поле вблизи проволочной петли с током показано на рис. 5.32. Как направление, так и величина магнитного поля, создаваемого петлей с током, сложны. RHR-2 можно использовать для определения направления поля вблизи контура, но для получения более подробной информации необходимо картографирование с помощью компаса и правил относительно силовых линий, приведенных в разделе «Магнитные поля и линии магнитного поля». Существует простая формула для напряженности магнитного поля в центре круглой петли. это

5,26 B=µ0I2R(в центре петли),B=µ0I2R(в центре петли), размер 12{B= {{µ rSub { размер 8{0} } I} над {2R} } ` \( «в центр петли» \) ,} {}

, где размер RR 12{R} {} — это радиус петли. Это уравнение очень похоже на уравнение для прямого провода, но оно действительно только в центре круглой петли из проволоки. Сходство уравнений указывает на то, что аналогичная напряженность поля может быть получена в центре контура. Один из способов получить большее поле — это иметь размер NN 12 {N} {} петель; тогда поле равно B=Nµ0I/(2R).B=Nµ0I/(2R). Обратите внимание, что чем больше петля, тем меньше поле в ее центре, поскольку ток проходит дальше.

Рис. 5.32 (a) RHR-2 показывает направление магнитного поля внутри и снаружи контура с током. (b) Более детальное картографирование с помощью компаса или зонда Холла дополняет картину. Поле похоже на поле стержневого магнита.

 

Магнитное поле, создаваемое токоведущим соленоидом

Соленоид представляет собой длинную катушку провода (с множеством витков или петель, в отличие от плоской петли). Из-за своей формы поле внутри соленоида может быть очень однородным, а также очень сильным. Поле сразу за катушками почти равно нулю. На рис. 5.33 показано, как выглядит поле и как его направление задается RHR-2.

Рис. 5.33 (a) Из-за своей формы поле внутри соленоида длиной ll размером 12{l} {} удивительно однородно по величине и направлению, на что указывают прямые и равномерно расположенные силовые линии. Поле вне катушек почти равно нулю. (b) На этом разрезе показано магнитное поле, создаваемое током в соленоиде.

Магнитное поле внутри соленоида с током очень однородно по направлению и величине. Лишь ближе к концам он начинает ослабевать и менять направление. Поле снаружи имеет ту же сложность, что и плоские петли и стержневые магниты, но напряженность магнитного поля внутри соленоида просто

5.27 B=µ0nI(внутри соленоида),B=µ0nI(внутри соленоида), размер 12{B=µ rSub { размер 8{0} } ital «nI»` \(«внутри соленоида» \) ,} {}

где nn размер 12{n} {} — количество петель на единицу длины соленоида (n=N/l,(n=N/l,размер 12{ \( n=N/l} {} с NN размер 12{N} {} — количество петель, а ll размер 12{l} {} — длина. Обратите внимание, что размер BB 12{B} {} — это напряженность поля в любом месте однородной внутренней области, а не только Как следует из примера 5. 7, с помощью соленоидов возможны большие однородные поля, распределенные по большому объему.0005

Пример 5.7 Расчет напряженности поля внутри соленоида

Каково поле внутри соленоида длиной 2,00 м, который имеет 2000 витков и пропускает ток силой 1600 А?

Стратегия

Чтобы найти напряженность поля внутри соленоида, мы используем B=μ0nI.B=μ0nI.size 12{B=μ rSub { size 8{0} } ital «nI»} {} обратите внимание, что количество петель на единицу длины составляет

5,28 n=Nl=20002,00 м=1000 м-1=10 см-1.n=Nl=20002,00 м=1000 м-1=10 см-1. размер 12{n rSup { размер 8{ — 1} } = {{N} более {l} } = {{«2000»} более {2 «.» «00» м} } =»1000″» м» rSup { размер 8{ — 1} } =»10″» см» rSup { размер 8{ — 1} } «.» } {}

Решение

Подстановка известных значений дает

5,29 B=μ0nI=4π×10−7T⋅m/A1,000m−11,600 A=2,01 T.B=μ0nI=4π×10−7T⋅m/A 1000м- 11 600 A = 2,01 Тл.

Обсуждение

Это большая напряженность поля, которую можно установить на соленоиде большого диаметра, например, при медицинском использовании магнитно-резонансной томографии (МРТ). Однако очень большой ток указывает на то, что поля такой силы получить нелегко. Такой большой ток через 1000 петель, втиснутых в длину метра, произвел бы значительный нагрев. Более высокие токи могут быть достигнуты с помощью сверхпроводящих проводов, хотя это дорого. Существует верхний предел тока, потому что сверхпроводящее состояние нарушается очень большими магнитными полями.

Применение научных практик: заряженная частица в магнитном поле

Зайдите сюда и запустите апплет моделирования «Частица в магнитном поле (2D)», чтобы исследовать магнитную силу, действующую на заряженную частицу в магнитном поле. Поэкспериментируйте с симуляцией, чтобы увидеть, как она работает и какие параметры вы можете изменить; затем составьте план методического исследования того, как магнитные поля влияют на заряженные частицы. Вот некоторые вопросы, на которые вы, возможно, захотите ответить в рамках своего эксперимента:

  • Всегда ли пути заряженных частиц в магнитных полях одинаковы в двух измерениях? Почему или почему нет?
  • Как можно сравнить путь нейтральной частицы в магнитном поле с путем заряженной частицы?
  • Чем путь положительной частицы будет отличаться от пути отрицательной частицы в магнитном поле?
  • Какие величины определяют свойства пути частицы?
  • Если бы вы пытались измерить массу заряженной частицы, движущейся через магнитное поле, что бы вам нужно было измерить относительно ее пути? Вам нужно будет увидеть, как он движется с разными скоростями или через разные силы поля, или будет достаточно одной попытки, если ваши измерения верны?
  • Удвоение заряда изменит путь через поле? Предскажите ответ на этот вопрос, а затем проверьте свою гипотезу.
  • Удвоение скорости изменит путь через поле? Предскажите ответ на этот вопрос, а затем проверьте свою гипотезу.
  • Удвоение напряженности магнитного поля изменит путь через поле? Предскажите ответ на этот вопрос, а затем проверьте свою гипотезу.
  • Изменит ли путь увеличение массы? Предскажите ответ на этот вопрос, а затем проверьте свою гипотезу.

Есть интересные варианты плоской катушки и соленоида. Например, тороидальная катушка, используемая для удержания реактивных частиц в токамаках, очень похожа на соленоид, согнутый в окружность. Поле внутри тороида очень сильное, но круглое. Заряженные частицы движутся по кругу, следуя линиям поля, и сталкиваются друг с другом, возможно, вызывая синтез. Но заряженные частицы не пересекают силовые линии и не покидают тороид. Целый ряд форм катушек используется для создания всевозможных форм магнитного поля. Добавление ферромагнитных материалов увеличивает напряженность поля и может существенно повлиять на форму поля.