Κανόνας δεξιού χεριού (Φυσική): Κατεύθυνση μαγνητικών δυνάμεων

Ο προσδιορισμός της κατεύθυνσης στην οποία δρουν οι μαγνητικές δυνάμεις μπορεί να είναι δύσκολη. Η κατανόηση του δεξιού κανόνα το κάνει πιο εύκολο.

Ο νόμος δυνάμεων Lorentz συνδέει ένα μαγνητικό πεδίο με τη δύναμη που αισθάνεται ένα κινούμενο ηλεκτρικό φορτίο ή ρεύμα που το συναντά. Αυτός ο νόμος μπορεί να εκφραστεί ως διανυσματικό διασταυρούμενο προϊόν:

με χρέωσηε(σε coulombs, C) κινείται με ταχύτηταβ(σε μέτρα ανά δευτερόλεπτο, m / s) σε μαγνητικό πεδίοσι(μετράται σε teslas, Τ). Η μονάδα δύναμης SI είναι το Newton (N).

Για μια συλλογή κινούμενων χρεώσεων, ένα ρεύμα, αυτό μπορεί να εκφραστεί ως F = I × B, όπου υπάρχειΕγώμετριέται σε αμπέρ (Α).

Η κατεύθυνση της δύναμης που ενεργεί είτε στο φορτίο είτε στο ρεύμα σε μαγνητικό πεδίο καθορίζεται από τον δεξιό κανόνα. Επιπλέον, επειδή η δύναμη είναι ένας φορέας, εάν οι όροι του νόμου δεν είναι σε ορθή γωνία μεταξύ τους, το μέγεθος και η κατεύθυνσή της αποτελούν συστατικό στοιχείο των δεδομένων διανυσμάτων. Σε αυτήν την περίπτωση, απαιτείται κάποια τριγωνομετρία.

Ο γενικός τύπος για ένα διανυσματικό διαγώνιο προϊόν είναι:

• |​ένα| είναι το μέγεθος (μήκος) του διανύσματοςένα​
• |​σι| είναι το μέγεθος (μήκος) του διανύσματος σι​
• θ είναι η γωνία μεταξύένακαισι​
• ​νείναι το διάνυσμα μονάδας σε ορθή γωνία και στα δύο ένακαισι​

Εάν διάνυσμαένακαι διάνυσμασιβρίσκονται σε επίπεδο, η προκύπτουσα κατεύθυνση του εγκάρσιου προϊόντος (φορέας)ντο) θα μπορούσε να είναι κάθετο με δύο τρόπους: προς τα πάνω ή προς τα κάτω από αυτό το επίπεδο (δείχνοντας προς ή έξω από αυτό). Σε ένα καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων, αυτός είναι ένας άλλος τρόπος για να περιγράψετε την κατεύθυνση z όταν διανύσματαένακαισιβρίσκονται στο επίπεδο x-y.

Στην περίπτωση του νόμου περί δυνάμεων Lorentz, διάνυσμαέναείναι είτε η ταχύτητα της φόρτισηςβή το τρέχονΕγώ, διάνυσμασιείναι το μαγνητικό πεδίοσικαι διάνυσμαντοείναι η δύναμηΦΑ.​

Λοιπόν, πώς μπορεί ένας φυσικός να πει εάν ο φορέας δύναμης που προκύπτει δείχνει προς τα πάνω ή προς τα κάτω, προς ή έξω από το επίπεδο, ή προς τη θετική ή αρνητική κατεύθυνση z, ανάλογα με το λεξιλόγιο που θέλει να χρησιμοποιήσει; Εύκολη: Χρησιμοποιεί τον δεξιό κανόνα:

1. Στρέψτε το δείκτη του δεξιού σας χεριού κατά μήκος του διανύσματοςένα, την κατεύθυνση του ρεύματος ή την ταχύτητα του φορτίου.
   
2. Στρέψτε το μεσαίο δάχτυλο του δεξιού σας χεριού κατά μήκος του διανύσματοςσι, προς την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου.
   
3. Κοιτάξτε πού δείχνει ο αντίχειρας. Αυτή είναι η κατεύθυνση του διανύσματοςντο, το εγκάρσιο προϊόν και η προκύπτουσα δύναμη.

Λάβετε υπόψη ότι αυτό λειτουργεί μόνο με θετική χρέωση. Εάν η χρέωση ή το ρεύμα είναιαρνητικός, η δύναμη θα είναι στην πραγματικότητααπεναντι αποκατεύθυνση όπου ο αντίχειρας καταλήγει να δείχνει. Ωστόσο, τομέγεθοςτου διασταυρούμενου προϊόντος δεν αλλάζει. (Εναλλακτικά, η χρήση του αριστερού χεριού με αρνητικό φορτίο ή ρεύμα θα έχει ως αποτέλεσμα ο αντίχειρας να δείχνει προς τη σωστή κατεύθυνση της μαγνητικής δύναμης.)

Ένα συμβατικό ρεύμα 20-A ρέει σε ίσιο σύρμα σε γωνία 15 μοιρών μέσω μαγνητικού πεδίου 30-T. Τι δύναμη βιώνει;

Και η κατεύθυνση είναι προς τα έξω (θετική κατεύθυνση z).

Σημειώστε ότι η κατεύθυνση της μαγνητικής δύναμης παραμένει κάθετη στο επίπεδο που περιέχει τόσο το ρεύμα όσο και το μαγνητικό πεδίο. η γωνία μεταξύ αυτών των δύο που διαφέρει από 90 μοίρες αλλάζει μόνο τομέγεθοςτης δύναμης.

Αυτό εξηγεί επίσης γιατί ο όρος ημιτονοειδής μπορεί να απορριφθεί όταν το διασταυρούμενο προϊόν του διανύσματος είναι για κάθετα διανύσματα (δεδομένου ότι η αμαρτία (90) = 1) και επίσης γιατί ένας φορτιστήςπαράλληλα με ένα μαγνητικό πεδίοεμπειρίεςκαμία δύναμη(από αμαρτία (0) = 0)!