Образовака🌡️ Физика11 классОсновы электродинамики

Правило левой руки

4.2

Средняя оценка: 4.2

Всего получено оценок: 362.

Из курса физики известно, что действие магнитного поля на движущиеся заряды и на проводник с током заключается в появлении силы Лоренца или Ампера. В отличие от большинства других сил, направление действия этих сил не совпадает с направлением действия поля, породившего их. Поэтому было сформулировано специальное мнемоническое правило — правило левой руки. Кратко рассмотрим порядок применения этого правила, разберём характерные примеры.

Силы Лоренца и Ампера

Магнитное поле порождается движущимися электрическими зарядами. И в свою очередь электрические заряды, движущиеся в магнитном поле, испытывают силовое воздействие с его стороны.

Сила, действующая на движущийся заряд, называется силой Лоренца.

Модуль силы Лоренца равен:

$$F_L = qvB sin \alpha$$

где:

$F_L$ — величина силы Лоренца;
$q$ — величина движущегося заряда;
$v$ — скорость движения заряда;
$B$ — индукция магнитного поля;
$\alpha$ — угол между векторами скорости и индукции.

Поскольку электрический ток представляет собой упорядоченное движение электрических зарядов, то в случае, когда он протекает через магнитное поле, силы Лоренца, действующие на отдельные носители, складываются в одну общую силу, которая называется силой Ампера.

Модуль силы Ампера определяется с помощью формулы, похожей на формулу силы Лоренца:

$$F_A= I Δl B sin \alpha$$

где:

$F_ A$ — величина силы Ампера;
$I$ — сила тока в проводнике;
$Δl$ — длина проводника;
$B$ — индукция магнитного поля;
$\alpha$ — угол между векторами тока и индукции.

Схожесть формул объясняется тем, что сила Ампера является макроскопическим проявлением силы Лоренца. Направление действия этих сил совпадает.

Направление сил Лоренца и Ампера

Заметим, что в обоих случаях сила возникает только тогда, когда вектор скорости движения зарядов и вектор магнитной индукции не параллельны.

Из геометрии известно, что два непараллельных вектора, отложенные из одной точки, однозначно определяют плоскость. Особенность сил Лоренца и Ампера в том, что эти силы всегда направлены перпендикулярно этой плоскости.

Данный факт запомнить несложно. Проблема состоит в том, что перпендикуляр к плоскости может быть отложен в двух направлениях. Как определить нужное направление? Обратимся к правилу левой руки.

Правило левой руки

Правило левой руки звучит так.

Если расположить левую руку так, чтобы четыре пальца были направлены по направлению движения положительного заряда (или по направлению тока), а линии магнитной индукции входили в ладонь, «прокалывая» её, то большой палец покажет направление силы Лоренца (или силы Ампера).

Как пользоваться этим правилом? Разберём примеры.

Допустим, ток по проводнику течёт слева направо. А линии магнитной индукции направлены вверх.

Направляем левую руку четырьмя пальцами вправо. Ладонь должна «смотреть» вниз, так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь и «прокалывали» её. Отставленный большой палец покажет направление назад.

Это и будет направление силы Ампера в данном случае. Действительно, плоскость, образованная векторами тока и магнитной индукции, — вертикальна, и сила Ампера перпендикулярна ей.

Другой пример. Электрон движется назад, «на наблюдателя», между полюсами магнита, причём северный находится справа.

Линии магнитной индукции направлены справа налево, следовательно, ладонь левой руки должна быть направлена вправо. Электрон заряжен отрицательно, то есть четыре пальца руки должны быть направлены против его движения — вперёд. Отставленный большой палец будет направлен вверх. Это и будет направление силы Лоренца в данном случае.

Что мы узнали?

Правило левой руки — это правило, предназначенное для определения направления силы Лоренца или силы Ампера. По этому правилу, если четыре пальца левой руки будут указывать направление движения положительного заряда (направление тока), а линии магнитной индукции будут входить в ладонь, «прокалывая» её, то отставленный большой палец покажет направление силы Лоренца или Ампера.