מה נקבע לפי כלל יד שמאל. שלטון גימלט, יד ימין ושמאל. יישום כלל הגימלט

בפיזיקה לכיתה י"א (Kasyanov V.A., 2002),
מְשִׁימָה №32
לפרק" מַגנֶטִיוּת. שדה מגנטי. הוראות עיקריות».

וקטור אינדוקציה מגנטי

לזרם חשמלי יש השפעה מגנטית.לכן, שדה מגנטי נוצר על ידי מטענים נעים.

וקטור אינדוקציה מגנטי- כמות פיזיקלית וקטורית, שכיוונה בנקודה נתונה עולה בקנה אחד עם הכיוון המצוין בנקודה זו על ידי הקוטב הצפוני של מחט מגנטית חופשית.

מודול של וקטור אינדוקציה מגנטי- כמות פיזיקלית השווה ליחס בין הכוח המרבי הפועל מהשדה המגנטי על קטע מוליך עם זרם, למכפלת עוצמת הזרם ואורך קטע המוליך:

יחידת האינדוקציה המגנטית היא טסלה (1 T).

כלל גימלט לזרם ישר:אם תבריג את הגימלט לכיוון הזרם במוליך, אז כיוון מהירות התנועה של קצה הידית שלו עולה בקנה אחד עם כיוון וקטור האינדוקציה המגנטי בנקודה זו.

כלל יד ימין לזרם ישר:אם אתה מכסה את המוליך ביד ימין, מכוון את האגודל הכפוף לאורך הזרם, אז קצות האצבעות הנותרות בשלב זה יראו את כיוון וקטור האינדוקציה בנקודה זו.

עקרון הסופרפוזיציה של שדות מגנטיים:האינדוקציה המגנטית המתקבלת בנקודה נתונה היא הסכום של וקטורי האינדוקציה המגנטיים שנוצרו על ידי זרמים שונים בנקודה זו:

כלל Gimlet עבור סליל עם זרם (זרם לולאה):אם תסובב את הידית של הגימלט לכיוון הזרם בסליל, אזי תנועת התרגום של הגימלט עולה בקנה אחד עם כיוון וקטור האינדוקציה המגנטית שנוצר על ידי הזרם בסליל על צירו.

קווים של אינדוקציה מגנטית- קווים, המשיקים אליהם בכל נקודה חופפים לכיוון וקטור האינדוקציה המגנטי. קווי האינדוקציה המגנטית תמיד סגורים: אין להם התחלה ואין להם סוף. שדה מגנטי - שדה מערבולת, כלומר שדה עם קווים סגורים של אינדוקציה מגנטית

שטף מגנטי (שטף של אינדוקציה מגנטית)דרך פני השטח של אזור מסוים - כמות פיזיקלית השווה למכפלה הסקלרית של וקטור האינדוקציה המגנטי ווקטור השטח:

יחידת השטף המגנטי היא וובר (1 Wb) 1 Wb \u003d 1 Tl.m 2.

חוק אמפר:הכוח שבו פועל השדה המגנטי על קטע של מוליך נושא זרם המוצב בו שווה למכפלת עוצמת הזרם, האינדוקציה המגנטית, אורך קטע המוליך והסינוס של הזווית בין כיווני הזרם לבין וקטור האינדוקציה המגנטי:

בשדה מגנטי אחיד, מעגל סגור נוטה להתיישב בצורה כזו שכיוון האינדוקציה שלו חופף לכיוון האינדוקציה החיצונית.

כוח לורנץ- הכוח הפועל על חלקיק טעון הנע במהירות v מהצד של השדה המגנטי B:

כאשר q הוא המטען של החלקיק, והוא הזווית בין מהירות החלקיק לבין השראת השדה המגנטי.

כיוון כוח לורנץ קובע כלל יד שמאל:אם יד שמאל ממוקמת כך שארבע אצבעות מושטות מצביעות על כיוון מהירות המטען החיובי (או מנוגד למהירות המטען השלילי), וקטור האינדוקציה המגנטי נכנס לכף היד, אז האגודל כפוף (במישור כף היד) ב-90 מעלות יראה את כיוון הכוח הפועל על מטען נתון.

חלקיק טעון שטס לתוך שדה מגנטי אחיד במקביל לקווי האינדוקציה המגנטית נע באופן אחיד לאורך הקווים הללו. חלקיק טעון שטס לתוך שדה מגנטי אחיד במישור הניצב לקווי האינדוקציה המגנטית נע במישור זה במעגל. מוליכים הממוקמים במקביל, דרכם זורמים זרמים בכיוון אחד, מושכים, ובכיוונים מנוגדים הם דוחים. שדות מגנטיים הנוצרים על ידי זרמים I 1, I 2, הזורמים דרך מוליכים מקבילים ארוכים לאין שיעור הממוקמים במרחק r אחד מהשני, מובילים להופעת כוח אינטראקציה על כל קטע של מוליכים באורך Δl

כאשר k m - מקדם מידתיות, k m \u003d 2 10 -7 N / A 2

יחידת עוצמת הזרם היא אמפר (1 A) עוצמת הזרם הישר היא 1 A אם הזרם, הזורם דרך שני מוליכים מקבילים באורך אינסופי ושטח חתך עגול זניח, הממוקם בוואקום במרחק של 1 מ' אחד מהשני. , גורם על קטע של המוליך באורך 1 מ' כוח אינטראקציה שווה ל-2 10 -7 N

השראת השדה המגנטי פוחתת עם הגדלת המרחק אל המוליך עם הזרם. האינטראקציה של מוליכים עם זרם היא תוצאה של האינטראקציה המגנטית של מטענים נעים במוליכים. בהשפעת כוח מגנטי, מטענים מנוגדים הנעים במקביל בכיוונים מנוגדים הם נמשכים, ומטענים דומים נדחים.

השראות לולאה(או מקדם ההשראה העצמית) - כמות פיזיקלית השווה למקדם המידתיות בין השטף המגנטי דרך השטח התחום על ידי מעגל המוליך לבין עוצמת הזרם במעגל. יחידת השראות היא הנרי (1 H)

אנרגיית שדה מגנטי,שנוצר במהלך זרימת זרם I דרך מוליך עם השראות L, שווה ל

חדירות מגנטית של המדיום- כמות פיזיקלית המראה כמה פעמים אינדוקציה של שדה מגנטי בתווך הומוגנית שונה מההשראה המגנטית של שדה חיצוני (ממגנט) בוואקום.

דיאמגנטים, פרמגנטים, פרומגנטים- המחלקות העיקריות של חומרים בעלי תכונות מגנטיות שונות באופן חד

דיאמגנטי-חומר שבו השדה המגנטי החיצוני נחלש מעט (μ<= 1)

פרמגנטיחומר שבו השדה המגנטי החיצוני מוגבר מעט (μ >= 1)

פרומגנטי- חומר שבו השדה המגנטי החיצוני מוגבר מאוד (μ >> 1)

עקומת מגנטיזציה- תלות של האינדוקציה המגנטית הפנימית בהשראת השדה המגנטי החיצוני

כוח כפייההוא ההשראה המגנטית של השדה החיצוני הנדרש כדי לבטל את המגנטיות של המדגם

פרומגנטים קשים מבחינה מגנטית- פרומגנטים עם מגנטיזציה שיורית גבוהה פרומגנטים רכים מגנטית- פרומגנטים עם מגנטיזציה שיורית נמוכה לולאת היסטרזיס- עקומה סגורה של מגנטיזציה ודה-מגנטיזציה של פרומגנט טמפרטורת קירי- הטמפרטורה הקריטית שמעליה מתרחש המעבר של חומר ממצב פרומגנטי למצב פרמגנטי

עבור אלה שלא היו טובים בפיזיקה בבית הספר, כלל הגימלט הוא עדיין "טרה אינקוגניטה" אמיתית היום. במיוחד אם תנסה למצוא את ההגדרה של חוק ידוע ברשת: מנועי החיפוש יתנו לך מיד הרבה הסברים מדעיים מורכבים עם סכמות מורכבות. עם זאת, אפשר בהחלט להסביר בקצרה וברורה ממה היא מורכבת.

מהו כלל הגימלט

גימלט - כלי לקידוח חורים

זה נשמע כך:במקרים בהם כיוון הגימלט עולה בקנה אחד עם כיוון הזרם במוליך במהלך תנועות תרגום, אז גם כיוון הסיבוב של ידית הגימלט יהיה זהה לו.

מחפש כיוונים

כדי להבין את זה, אתה עדיין צריך לזכור את שיעורי בית הספר. אצלם, מורים לפיזיקה אמרו לנו שזרם חשמלי הוא תנועה של חלקיקים יסודיים, שבמקביל נושאים את המטען שלהם לאורך חומר מוליך. בשל המקור, תנועת החלקיקים במוליך מכוונת. תנועה, כידוע, היא חיים, ולכן מסביב למוליך אין דבר מלבד שדה מגנטי, והוא גם מסתובב. אבל איך?

הכלל הזה הוא שנותן את התשובה (ללא שימוש בכלים מיוחדים), והתוצאה מתבררת כבעלת ערך רב, כי בהתאם לכיוון השדה המגנטי, כמה מוליכים מתחילים לפעול לפי תרחישים שונים לחלוטין: או להדוף אחד את השני, או, להיפך, למהר לעבר.

נוֹהָג

הדרך הקלה ביותר לקבוע את נתיב התנועה של קווי שדה מגנטי היא ליישם את כלל הגימלט

אתה יכול לדמיין את זה כך - באמצעות הדוגמה של יד ימין שלך ושל החוט הרגיל ביותר. שמנו את החוט ביד שלנו. מהדקים ארבע אצבעות בחוזקה לאגרוף. האגודל מצביע כלפי מעלה, כמו מחווה שבה אנחנו משתמשים כדי להראות שאנחנו אוהבים משהו. ב"פריסה" זו, האגודל יציין בבירור את כיוון הזרם, בעוד ארבעת האחרים יציינו את הנתיב של קווי השדה המגנטי.

הכלל די ישים בחיים. פיזיקאים צריכים את זה כדי לקבוע את כיוון השדה המגנטי של הזרם, לחשב את הסיבוב המכני של המהירות, את הווקטור של האינדוקציה המגנטית ואת מומנט הכוחות.

אגב, העובדה שהכלל חל על מגוון מצבים מעידה גם על כך שיש מספר פרשנויות בו בבת אחת - בהתאם לכל מקרה ספציפי הנבחן.

הוראה

קראו בספר הלימוד לכיתה ח' איך נשמעים חוקי הבורג הימני. כלל זה נקרא גם כלל הגימלט או כלל יד ימין, המעיד על אופיו הסמנטי. לכן, אחד הניסוחים של כלל הבורג הנכון אומר שכדי להבין כיצד מכוון השדה המגנטי הממוקם סביב מוליך נושא זרם, יש צורך לדמיין שתנועת התרגום של בורג מסתובב עולה בקנה אחד עם כיוון זרם במוליך. כיוון הסיבוב של ראש הבורג במקרה זה צריך להצביע על כיוון השדה המגנטי של מוליך נושא זרם ישר.

שימו לב שהניסוח וההבנה של כלל זה מתבהרים אם נדמיין גימלט במקום בורג. ואז כיוון הסיבוב של ידית הגימלט נלקח ככיוון השדה המגנטי.

זכור את הסולנואיד. כפי שאתה יודע, זה משרן פצע על ליבה מגנטית. הסליל מחובר למקור זרם, וכתוצאה מכך נוצר בתוכו שדה מגנטי אחיד בכיוון מסוים.

צייר סולנואיד באופן סכמטי על פיסת נייר מהצד של קצהו. למעשה, תקבל תמונה של עיגול. ציין על המעגל המייצג את סיבובי הסליל, את כיוון הזרם במוליך בצורת חץ (בכיוון השעון). כעת נותר להבין בכיוון הזרם לאן מכוונים קווי השדה המגנטי. במקרה זה, הם יכולים להיות מופנים ממך או כלפיך.

תארו לעצמכם שאתם מהדקים סוג של בורג או בורג, מסובבים אותו לכיוון זרימת הזרם בסולנואיד. תנועת התרגום של הבורג מראה את כיוון השדה המגנטי בתוך הסולנואיד. אם כיוון הזרם הוא בכיוון השעון, אז הווקטור של השדה המגנטי מכוון ממך.

אם לא נוח לכם ליישם כללים מופשטים באמצעות ידית גימלט או בורג בכל בעיה, השתמשו בכלל הבורג הנכון בניסוח כלל יד ימין. הפעולה של כלל זה זהה, רק השיטה לקביעת כיוון האינדוקציה של השדה המגנטי או הזרם בסליל שונה.

צייר שוב את קצה הסולנואיד. הצג את כיוון הזרם בסליל (נגד כיוון השעון). חברו את הקצה הימני של יד ימין לעיגול המצויר כך שהזרת תהיה במגע עם העיגול וארבע אצבעות יצביעו על כיוון הזרם במוליכים. הזיזו את האגודל החוצה ב-90 מעלות, הצביעו כלפיכם והתאמתו לכיוון השדה המגנטי בסולנואיד.

בעזרת כלל הגימלט נקבעים כיווני הקווים המגנטיים (הם נקראים גם קווי אינדוקציה מגנטיים) סביב מוליך נושא זרם.

כלל גימלט: הגדרה

הכלל עצמו נשמע כך: כאשר כיוון הגימלט הנע קדימה עולה בקנה אחד עם כיוון הזרם במוליך הנחקר, כיוון הסיבוב של הידית של הגימלט זהה לכיוון השדה המגנטי של הגימלט. נוֹכְחִי.

הוא נקרא גם כלל יד ימין, ובהקשר זה ההגדרה הרבה יותר ברורה. אם אתה תופס את החוט ביד ימין כך שארבע אצבעות קפוצות לאגרוף, והאגודל פונה כלפי מעלה (כלומר, כפי שאנו בדרך כלל מראים "קלאס!" עם היד שלנו), אז האגודל יציין לאיזה כיוון הזרם נע, וארבע האצבעות האחרות - כיוון של קווי שדה מגנטי

גימלט הוא בורג עם הברגה ימנית. הם הסטנדרט בטכנולוגיה, כי הם מייצגים את הרוב המכריע. אגב, ניתן לנסח את אותו כלל על הדוגמה של תנועת מחוג השעות, כי הבורג הימני מסובב לכיוון זה.

יישום כלל הגימלט

בפיזיקה, כלל הגימלט משמש לא רק כדי לקבוע את כיוון השדה המגנטי של הזרם. כך, למשל, זה חל גם על חישוב הכיוון של וקטורים צירים, וקטור המהירות הזוויתית, וקטור האינדוקציה המגנטי B, כיוון זרם האינדוקציה עם וקטור אינדוקציה מגנטי ידוע ועוד אפשרויות רבות אחרות. אבל לכל מקרה כזה, לכלל יש ניסוח משלו.

אז, למשל, כדי לחשב את וקטור המכפלה, זה אומר: אם אתה מצייר את הוקטורים כך שהם עולים בקנה אחד בהתחלה, ומעבירים את וקטור הגורם הראשון לוקטור הגורם השני, אז הגימלט שנע באותו אופן יתברג פנימה הכיוון של וקטור המוצר.

או כך יישמע כלל הגימלט לסיבוב מכני של מהירות: אם תסובב את הבורג באותו כיוון שבו הגוף מסתובב, הוא יתברג לכיוון המהירות הזוויתית.

כך נראה כלל הגימלט לרגע הכוחות: כאשר הבורג מסתובב באותו כיוון שבו הכוחות מסובבים את הגוף, הגימלט יתברג לכיוון כיוון הכוחות הללו.

על מנת לגלות את מסלול הסיבוב של שדה מגנטי הממוקם ליד מוליך נושא זרם ישר, נעשה שימוש בכלל הגימלט (חולץ הפקקים). בספרות זה ידוע גם בתור שלטון יד ימין. בקהילה המדעית מובחן גם שלטון יד שמאל.

בקשר עם

יישום כלל הגימלט

נָתוּן הכלל אומר: אם, כאשר התקן זה נע קדימה, מסלול הזרם במוליך עולה בקנה אחד איתו, אז מסלול הסיבוב של בסיס המכשיר משלים למסלול המעגל המגנטי.

כדי לקבוע את מסלול הסיבוב של המעגל המגנטי על התמונה הגרפית המוצגת, אתה צריך לדעת כמה תכונות.

לעתים קרובות בבעיות בפיזיקה, להיפך, יש צורך לקבוע מסלול נוכחי.לשם כך, ניתן כיוון הסיבוב של מעגלי השדה המגנטי. הידית של הגימלט מתחילה להסתובב בכיוון המצוין בתנאים. אם הגימלט נע לכיוון קדימה, אז הזרם מכוון לכיוון התנועה, אך אם הוא מכוון לכיוון ההפוך, אז הזרם נע בהתאם.

כדי לקבוע את מסלול הזרם במקרה המוצג באיור השני, אתה יכול גם להשתמש כלל חולץ פקקים. כדי לעשות זאת, סובב את הידית של הגימלט בכיוון המצוין בתמונה של קו מתאר השדה המגנטי. אם הוא יזוז בהדרגה, הוא יתרחק מהצופה, אם להפך, רק לכיוון המתבונן.

חָשׁוּב!אם מצוין מסלול תנועת הזרימה, ניתן לקבוע את מסלול הסיבוב של קו המעגל המגנטי על ידי סיבוב ידית הגימל.

זה מסומן עם נקודות או צלבים.נקודה פירושה כלפי המתבונן, צלב אומר ההפך. קל לזכור את המקרה הזה, באמצעות מה שנקרא כלל "חץ", אם הקצה "נראה", אבל בפנים, אז מסלול התנועה הנוכחית לעבר הצופה, אבל אם זנבו של החץ "נראה בפנים", ואז הוא מתרחק מהצופה.

מספיקים גם כלל הגימלט וגם כלל יד ימין קל ליישוםעל תרגול. כדי לעשות זאת, אתה צריך למקם את המברשת של היד המתאימה בצורה כזו שמעגל הכוח של השדה המגנטי מכוון לצד הקדמי, ולאחר מכן האגודל, נלקח בניצב, חייב להיות מופנה לצד הזרם. תנועה, בהתאמה, האצבעות המיושרות הנותרות יצביעו על מסלול המעגל המגנטי.

לְהַבחִין מקרים חריגיםבאמצעות כלל יד ימין לחישוב:

• משוואות מקסוול;
• רגע של כוח;
• מהירות זוויתית;
• רגע של דחף;
• אינדוקציה מגנטית;
• זרם בחוט הנע דרך שדה מגנטי.

שלטון יד שמאל

לפי כלל יד זה, ניתן לחשב את כיוון כוח ההשפעה של המעגל המגנטי על המרכיבים היסודיים הטעונים של האטום פלוס ומינוסקוטביות.

אפשר גם לקבוע את כיוון הזרם אם יש מידע זמין על מסלולי הסיבוב של המעגל המגנטי ופועל על המוליך. כיוון המעגל המגנטי נקבע גם אם מסלול תנועת הכוח והזרם ידוע. ובכן, אתה יכול לגלות את סימן המטען של חלקיק לא סטטי.

כלל זה הוא כדלקמן: על ידי הנחת החלק הקדמי של היד של היד המקבילה כך שהקו המתאר הדמיוני של השדה המגנטי מכוון אליו בזווית ישרה, והאצבעות, למעט האגודל, מצביעות על כיוון זרימת הזרם, אתה יכול לקבוע את מסלול הכוח הפועל על חוט זה בעזרת אגודל נסוג מאונך. הכוח הפועל על המוליך נקרא מארי אמפר,גילה אותו בשנת 1820.

כוח אמפר: אפשרויות חישוב

לפני ניסוח כמות זו, יש צורך להבין מהו המושג "כוח" בפיזיקה. זה נקרא כמות בפיזיקה, כלומר מדד השפעהשל כל הגופים הסובבים על האובייקט הנדון. בדרך כלל כל כוח מסומן באות האנגלית F, מהלטינית fortis, שפירושה חזק.

הכוח היסודי של אמפר מחושב לפי הנוסחה:

כאשר, dl הוא חלק מאורך המוליך, B הוא המעגל המגנטי, I הוא עוצמת הזרם.

כוח האמפר מחושב גם על ידי:

כאשר J הוא הכיוון של צפיפות הזרם, dv הוא אלמנט הנפח של המוליך.

הנוסחה לחישוב מודול כוח אמפר, על פי הספרות, נשמעת כך: מחוון זה תלוי ישירות בחוזק הזרם, באורך המוליך, בסינוס הנוצר בין וקטור זה לבין מוליך הזווית עצמו, ובגודל ה- הערך של וקטור המעגל המגנטי במודול. זה נקרא מודול כוח אמפר. הנוסחה של חוק זה בנויה מתמטית באופן הבא:

כאשר, B הוא מודול האינדוקציה של המעגל המגנטי, I הוא עוצמת הזרם, l הוא אורך המוליך, α היא הזווית שנוצרה. הערך המרבי יהיה בצומת הניצב שלהם.

אינדקס נמדד בניוטון x (סמל - H) או

זוהי כמות וקטורית ותלויה בווקטור של אינדוקציה וזרם.

ישנן נוסחאות אחרות לחישוב כוח האמפר. אבל בפועל, לעתים רחוקות הם נחוצים וקשים להבנה.

חוזק נוכחי

• חוק אוהם למקטע השלם של השרשרת וחלקו;
• היחס בין מתח וסכום ההתנגדויות;
• היחס בין הספק ומתח.

הפופולרי ביותר הוא היחס בין כמות המטען המועברת ליחידת זמן דרך משטח מסוים לגודל המרווח הזה. בְּצוּרָה גְרָפִית הנוסחה נראית כמובצורה הבאה:

כדי למצוא מחוון זה, אתה יכול להשתמש חוק אוהםעבור קטע השרשרת. הוא כתוב כך: הערך של מחוון זה שווה ליחס בין המתח המופעל להתנגדות בקטע הנמדד של המעגל. נוסח חוק זה כתוב כך:

אתה יכול גם לקבוע זאת על ידי יישום נוסחת החוק של אוהם לשרשרת שלמה.זה נשמע כך: ערך זה הוא היחס בין המתח המופעל במעגל לבין סכום ההתנגדות הפנימית של מקור הכוח וכל ההתנגדות במעגל. הנוסחה נראית כך:

חָשׁוּב!היישום של כל נוסחה מסוימת תלוי בנתונים הזמינים.

על פי ה-MCE המאושר, עוצמת הזרם נמדדת באמפרומסומן A (לכבוד המדען שגילה אותו). אבל זו לא הדרך היחידה לייעד את הכמות הזו. בנוסף, עוצמת הזרם נמדדת ב-C/s.

בלימוד החומר הזה במוסדות חינוך, התלמידים שוכחים במהירות כיצד ליישם את הכללים של יד שמאל וימין, ולמה הם מיועדים בכלל. כמו כן, לעתים קרובות הם לא זוכרים במה נמדדות הכמויות המצוינות. לאחר היכרות עם החומר הנדון לעיל, לא אמור להיות כל קושי ביישום הכללים והחוקים הנחשבים הלכה למעשה.

כלל גימלט

שלטון יד ימין