Magnētisko spēku darbības virziena noteikšana var būt sarežģīta. Labās rokas noteikuma izpratne to atvieglo.
Magnētiskie spēki
Lorenca spēka likums attiecas uz magnētisko lauku ar spēku, ko izjūt kustīgs elektriskais lādiņš vai strāva, kas ar to saskaras. Šo likumu var izteikt kā vektoru šķērsproduktu:
F = qv \ reizes B
par maksuq(kulonās, C) pārvietojas ar ātrumuv(metros sekundē, m / s) magnētiskajā laukāB(mērīts teslās, T). SI spēka vienība ir ņūtons (N).
Kustīgu lādiņu kolekcijai strāvu to var izteikt kā F = I × B, kur strāvaEsmēra ampēros (A).
Spēka virzienu, kas iedarbojas vai nu uz lādiņu, vai strāvu magnētiskajā laukā, nosaka labās rokas likums. Turklāt, tā kā spēks ir vektors, ja likuma noteikumi nav taisnā leņķī viens pret otru, tā lielums un virziens ir doto vektoru sastāvdaļa. Šajā gadījumā ir nepieciešama zināma trigonometrija.
Vector Cross Products un labās puses likums
Vektora krustojuma produkta vispārējā formula ir:
a \ reizes b = | a | | b | \ grēks {\ theta} n
- |a| ir vektora lielums (garums)a
- |b| ir vektora lielums (garums) b
- θ ir leņķis starpaunb
- nir vienības vektors taisnā leņķī pret abiem aunb
Ja vektorsaun vektorsbatrodas plaknē, iegūtais šķērsprodukta virziens (vektorsc) varētu būt perpendikulāri divos veidos: norādot uz augšu vai uz leju no šīs plaknes (norādot tajā vai no tās). Dekarta koordinātu sistēmā tas ir vēl viens veids, kā aprakstīt vektoru z virzienuaunbatrodas x-y plaknē.
Lorenca spēka likuma gadījumā vektorsair vai nu lādiņa ātrumsvvai strāvaEs, vektorsbir magnētiskais lauksBun vektorscir spēksF.
Tātad, kā fiziķis var pateikt, vai iegūtais spēka vektors ir vērsts uz augšu vai uz leju, uz plakni vai ārpus tās, vai pozitīvā vai negatīvā z virzienā, atkarībā no vārdnīcas, kuru viņa vēlas izmantot? Viegli: viņa izmanto labās rokas likumu:
- Norādiet labās rokas rādītājpirkstu pa vektorua, strāvas virziens vai lādiņa ātrums.
- Norādiet labās rokas vidējo pirkstu pa vektorub, magnētiskā lauka virzienā.
- Paskaties, kur īkšķis norāda. Tas ir vektora virziensc, šķērsprodukts un no tā izrietošais spēks.
Ņemiet vērā, ka tas darbojas tikai ar pozitīvu uzlādi. Ja lādiņš vai strāva irnegatīvs, spēks faktiski būspretējiīkšķa gala norādīšanas virziens. Tomērlielumskrustojuma produkts nemainās. (Alternatīvi, izmantojot kreiso roku ar negatīvu lādiņu vai strāvu, īkšķis rādīs pareizajā magnētiskā spēka virzienā.)
Piemēri
20-A parastā strāva plūst taisnā vadā 15 grādu leņķī caur 30-T magnētisko lauku. Kādu spēku tā piedzīvo?
F = I \ reizes B \ sin {\ theta} = 20 \ reizes 30 \ sin {15} = 155,29 \ teksts {N}
Un virziens ir uz āru (pozitīvs z-virziens).
Ņemiet vērā, ka magnētiskā spēka virziens paliek perpendikulārs plaknei, kurā atrodas gan strāva, gan magnētiskais lauks; leņķis starp šiem diviem, kas atšķiras no 90 grādiem, tikai mainalielumsspēka.
Tas arī izskaidro, kāpēc sinusa terminu var nomest, ja vektora šķērsprodukts ir perpendikulāriem vektoriem (kopš sin (90) = 1), kā arī kāpēc lādiņš vai strāva pārvietojasparalēli magnētiskajam laukampieredzinav spēka(kopš grēks (0) = 0)!