Pravidlo pravej ruky (fyzika): smer magnetických síl

Určenie smeru pôsobenia magnetických síl môže byť zložité. Pochopenie pravidla pravej ruky to uľahčuje.

Lorentzov zákon sily súvisí s magnetickým poľom so silou pociťovanou pohybujúcim sa elektrickým nábojom alebo prúdom, ktorý ho stretáva. Tento zákon možno vyjadriť ako vektorový krížový produkt:

za poplatokq(v coulomboch, C) pohybujúci sa rýchlosťouv(v metroch za sekundu, m / s) v magnetickom poliB(merané v teslase, T). SI jednotka sily je newton (N).

Pre súbor pohyblivých nábojov, prúd, to možno namiesto toho vyjadriť ako F = I × B, kde prúdJasa meria v ampéroch (A).

Smer sily pôsobiacej buď na náboj alebo na prúd v magnetickom poli je určený pravidlom pravej ruky. Pretože sila je vektor, navyše, ak členy zákona nie sú navzájom v pravom uhle, je ich veľkosť a smer súčasťou daných vektorov. V tomto prípade je potrebná určitá trigonometria.

Všeobecný vzorec pre vektorový krížový produkt je:

• |​a| je veľkosť (dĺžka) vektoraa​
• |​b| je veľkosť (dĺžka) vektora b​
• θ je uhol medziaab​
• ​nje jednotkový vektor v pravých uhloch k obom aab​

Ak vektoraa vektorbsú v rovine, výsledný smer produktu kríženia (vektorc) môže byť kolmý dvoma spôsobmi: smerovaním nahor alebo nadol z tejto roviny (smerujúcim do alebo z nej). V karteziánskom súradnicovom systéme je to ďalší spôsob, ako opísať smer z, keď sú vektoryaabsú v rovine x-y.

V prípade Lorentzovho silového zákona vektoraje buď rýchlosť nábojavalebo prúdJa, vektorbje magnetické poleBa vektorcje silaF.​

Ako teda môže fyzik zistiť, či výsledný vektor sily smeruje nahor alebo nadol, do alebo z roviny alebo v pozitívnom alebo negatívnom smere z, v závislosti od slovnej zásoby, ktorú chce použiť? Ľahké: Používa pravidlo pravej ruky:

1. Ukážte ukazovák pravej ruky pozdĺž vektoraa, smer prúdu alebo rýchlosť náboja.
   
2. Namierte prostredník pravej ruky pozdĺž vektorab, do smeru magnetického poľa.
   
3. Pozerajte, kam smeruje palec. Toto je smer vektorac, vedľajší produkt a výsledná sila.

Upozorňujeme, že toto funguje iba pre kladný náboj. Ak je náboj alebo prúdnegatívny, sila bude skutočne vopaksmer miesta, kde palec končí a smeruje. Avšakrozsahkrížového produktu sa nemení. (Prípadne použitie ľavej ruky so záporným nábojom alebo prúdom spôsobí, že palec bude smerovať v správnom smere magnetickej sily.)

Konvenčný prúd 20 A prúdi priamym vodičom v 15-stupňovom uhle cez 30-T magnetické pole. Akú silu zažíva?

A smer je smerom von (kladný smer z).

Upozorňujeme, že smer magnetickej sily zostáva kolmý na rovinu obsahujúcu prúd aj magnetické pole; uhol medzi týmito dvoma rozdielmi od 90 stupňov iba menírozsahsily.

To tiež vysvetľuje, prečo je možné sínusový výraz vypustiť, keď je vektorový krížový produkt pre kolmé vektory (keďže sin (90) = 1), a tiež dôvod, prečo sa náboj alebo prúd pohybujerovnobežne s magnetickým poľomskúsenostižiadna sila(od hriechu (0) = 0)!