Deteksi medan magnet dengan efeknya pada arus listrik. aturan tangan kiri

Berkat video tutorial hari ini, kita akan belajar bagaimana medan magnet dideteksi oleh efeknya pada arus listrik. Ingat aturan tangan kiri. Melalui pengalaman kita belajar bagaimana medan magnet dideteksi oleh efeknya pada arus listrik lain. Mari kita pelajari apa itu aturan tangan kiri.

Dalam pelajaran ini, kita akan membahas masalah yang berkaitan dengan pendeteksian medan magnet berdasarkan pengaruhnya terhadap arus listrik, dan berkenalan dengan aturan tangan kiri.

Mari beralih ke pengalaman. Eksperimen pertama yang mempelajari interaksi arus dilakukan oleh ilmuwan Prancis Ampère pada tahun 1820. Percobaannya sebagai berikut: arus listrik dilewatkan melalui konduktor paralel dalam satu arah, kemudian interaksi konduktor ini diamati dalam arah yang berbeda.

Beras. 1. Pengalaman Ampere. Konduktor yang membawa arus dalam arah yang sama akan tarik menarik, dan arah yang berlawanan akan tolak-menolak.

Jika kita mengambil dua konduktor paralel, yang melaluinya arus listrik mengalir dalam arah yang sama, maka dalam hal ini konduktor akan tertarik satu sama lain. Ketika arus listrik mengalir dalam arah yang berbeda dalam konduktor yang sama, konduktor saling tolak. Jadi, kami mengamati efek gaya medan magnet pada arus listrik. Jadi, kita dapat mengatakan yang berikut: medan magnet dibuat oleh arus listrik dan dideteksi oleh aksinya pada arus listrik lain (gaya Ampere).

Ketika sejumlah besar eksperimen serupa dilakukan, diperoleh aturan yang menghubungkan arah garis magnet, arah arus listrik, dan aksi gaya medan magnet. Aturan ini disebut aturan tangan kiri. Definisi: tangan kiri harus diposisikan agar garis magnet masuk ke telapak tangan, empat jari yang terentang menunjukkan arah arus listrik - kemudian ibu jari yang ditekuk akan menunjukkan arah medan magnet.

Beras. 2. Aturan tangan kiri

Harap dicatat: kita tidak dapat mengatakan bahwa di mana garis magnet diarahkan, medan magnet bekerja di sana. Di sini hubungan antara kuantitas agak lebih rumit, jadi kami menggunakan aturan tangan kiri.

Ingatlah bahwa arus listrik adalah pergerakan muatan listrik yang terarah. Ini berarti bahwa medan magnet bekerja pada muatan yang bergerak. Dan kita dapat menggunakan dalam hal ini juga aturan tangan kiri untuk menentukan arah tindakan ini.

Lihatlah gambar yang menunjukkan penggunaan yang berbeda dari aturan tangan kiri dan analisis masing-masing untuk diri Anda sendiri.

Beras. 3. Berbagai Penerapan Aturan Tangan Kiri

Akhirnya, satu fakta penting lagi. Jika arus listrik atau kecepatan partikel bermuatan diarahkan sepanjang garis medan magnet, maka tidak akan ada efek medan magnet pada benda-benda tersebut.

Daftar literatur tambahan:

Aslamazov L.G. Gerak partikel bermuatan dalam medan listrik dan magnet // Kvant. - 1984. - No. 4. - S. 24-25. Myakishev G.Ya. Bagaimana cara kerja motor listrik? // kuantum. - 1987. - No. 5. - S. 39-41. Buku ajar fisika dasar. Ed. G.S. Landsberg. T. 2. - M., 1974. Yavorsky B.M., Pinsky A.A. Dasar-dasar fisika. T.2. - M.: Fizmatlit, 2003.

Dari kursus fisika kelas 8, Anda tahu bahwa untuk setiap konduktor pembawa arus yang ditempatkan dalam medan magnet dan tidak bertepatan dengan garis magnetnya, medan ini bekerja dengan beberapa gaya.

Kehadiran gaya seperti itu dapat ditunjukkan dengan menggunakan instalasi yang ditunjukkan pada gambar. Sebuah rangka tiga sisi ABCD, terbuat dari kawat tembaga, digantung pada pengait sehingga dapat dengan bebas menyimpang dari vertikal. Sisi BC terletak di wilayah medan magnet terkuat dari magnet arkuata, yang terletak di antara kutubnya (Gbr. a). Bingkai terhubung ke sumber arus secara seri dengan rheostat dan kunci.

Beras. Aksi medan magnet pada konduktor pembawa arus

Ketika kunci ditutup, arus listrik muncul di sirkuit, dan sisi BC ditarik ke dalam ruang antara kutub (Gbr. b).

Jika magnet dilepas, maka pada saat rangkaian ditutup, penghantar BC tidak akan bergerak. Ini berarti bahwa dari sisi medan magnet, gaya tertentu bekerja pada konduktor pembawa arus, membelokkannya dari posisi semula.

Aksi medan magnet pada konduktor pembawa arus dapat digunakan untuk mendeteksi medan magnet di wilayah ruang tertentu.

Tentu saja, menemukan medan magnet lebih mudah dengan kompas. Tetapi efek medan magnet pada jarum magnet kompas yang terletak di dalamnya, pada dasarnya, juga bermuara pada efek medan pada arus listrik dasar yang beredar dalam molekul dan atom zat magnetik dari mana panah dibuat. .

Dengan demikian, medan magnet diciptakan oleh arus listrik dan dideteksi oleh efeknya pada arus listrik.

Mari kita ubah arah arus di sirkuit dengan menukar kabel di soket batang isolasi (Gbr.). Dalam hal ini, arah gerakan konduktor BC juga akan berubah, dan karenanya arah gaya yang bekerja padanya.

Beras. Arah gaya yang bekerja dalam medan magnet pada penghantar berarus bergantung pada arah arus

Arah gaya juga akan berubah jika, tanpa mengubah arah arus, kutub magnet dipertukarkan (yaitu, mengubah arah garis medan magnet). Oleh karena itu, arah arus dalam penghantar, arah garis medan magnet, dan arah gaya yang bekerja pada penghantar saling berhubungan.

Arah gaya yang bekerja pada konduktor pembawa arus dalam medan magnet dapat ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kiri.

Dalam kasus yang paling sederhana, ketika konduktor terletak di bidang yang tegak lurus terhadap garis-garis medan magnet, aturan ini adalah sebagai berikut: jika tangan kiri diposisikan sedemikian rupa sehingga garis-garis medan magnet masuk ke telapak tangan tegak lurus terhadapnya, dan empat jari diarahkan sepanjang arus, kemudian disisihkan pada ibu jari 90° akan menunjukkan arah gaya yang bekerja pada konduktor (gbr.).

Beras. Menerapkan aturan tangan kiri pada konduktor pembawa arus

Dengan menggunakan aturan tangan kiri, harus diingat bahwa arah arus dalam suatu rangkaian listrik diambil dari kutub positif sumber arus ke kutub negatif. Dengan kata lain, keempat jari tangan kiri harus diarahkan melawan pergerakan elektron dalam rangkaian listrik. Dalam media konduktif seperti larutan elektrolit, di mana arus listrik dibuat oleh pergerakan muatan dari kedua tanda, arah arus, dan karenanya arah empat jari tangan kiri, bertepatan dengan arah pergerakan positif partikel bermuatan.

Dengan menggunakan aturan tangan kiri, seseorang dapat menentukan arah gaya yang digunakan medan magnet pada partikel individu yang bergerak di dalamnya, baik bermuatan positif maupun negatif.

Untuk kasus yang paling sederhana, ketika partikel bergerak dalam bidang yang tegak lurus terhadap garis-garis magnet, aturan ini dirumuskan sebagai berikut: jika tangan kiri diletakkan sehingga garis-garis medan magnet masuk ke telapak tangan yang tegak lurus terhadapnya, dan empat jari diarahkan sepanjang pergerakan partikel bermuatan positif (atau melawan pergerakan partikel bermuatan negatif), maka ibu jari yang disisihkan 90 ° akan menunjukkan arah gaya yang bekerja pada partikel (Gbr.).

Beras. Menerapkan Aturan Tangan Kiri untuk Partikel Bermuatan yang Bergerak dalam Medan Magnet

Dengan aturan tangan kiri, Anda juga dapat menentukan arah arus (jika kita mengetahui arah garis medan magnet dan gaya yang bekerja pada penghantar), arah garis magnet (jika arah arus dan gaya diketahui), tanda muatan partikel yang bergerak (dalam arah garis magnet, gaya dan kecepatan gerak partikel), dll.

Perlu dicatat bahwa gaya medan magnet pada konduktor dengan arus atau partikel bermuatan yang bergerak sama dengan nol jika arah arus dalam konduktor atau kecepatan partikel bertepatan dengan garis induksi magnetik atau sejajar. untuk itu (Gbr.).

Beras. Medan magnet tidak bekerja dalam kasus di mana konduktor pembawa arus bujursangkar atau kecepatan partikel bermuatan yang bergerak adalah pasejajar atau bertepatan dengan garis medan magnet

Pekerjaan rumah.

Tugas 1. Menjawab pertanyaan.

Pengalaman apa yang memungkinkan Anda mendeteksi adanya gaya yang bekerja pada konduktor dengan arus dalam medan magnet?
Bagaimana medan magnet terdeteksi?
Apa yang menentukan arah gaya yang bekerja pada konduktor pembawa arus dalam medan magnet?
Rumuskan aturan tangan kiri untuk konduktor pembawa arus dalam medan magnet; untuk partikel bermuatan yang bergerak dalam medan ini.
Apa yang dapat ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kiri?
Dalam kasus apa gaya medan magnet pada konduktor pembawa arus atau partikel bermuatan yang bergerak sama dengan nol?

Tugas 2. Memecahkan rebus.

File "Menarik!" dilampirkan pada pelajaran. Anda dapat mengunduh file kapan saja sesuai keinginan Anda.

Sumber yang digunakan:

http://www.tepka.ru/fizika_9/36.html

pertanyaan.

1. Bagaimana cara eksperimental mendeteksi adanya gaya yang bekerja pada konduktor pembawa arus dalam medan magnet?

Penting untuk menempatkan konduktor dengan arus di antara kutub magnet sehingga arah arus tegak lurus terhadap garis medan magnet, dan dudukan memungkinkan konduktor bergerak. Ketika arus dilewatkan, konduktor akan membelok, tetapi ini tidak akan terjadi jika magnet dilepas.

2. Bagaimana medan magnet terdeteksi?

Medan magnet dapat dideteksi dengan efeknya pada jarum magnet atau pada konduktor pembawa arus.

3. Apa yang menentukan arah gaya yang bekerja pada konduktor pembawa arus dalam medan magnet?

Dari arah arus dan arah garis magnet.

4. Bagaimana aturan tangan kiri dibaca untuk konduktor dengan arus dalam medan magnet? untuk partikel bermuatan yang bergerak dalam medan ini?

Jika tangan kiri diposisikan sehingga garis-garis induksi magnet masuk ke telapak tangan tegak lurus, dan empat jari yang terentang menunjukkan arah arus (arah pergerakan partikel bermuatan positif), maka ibu jari disisihkan sebesar 90 ° akan menunjukkan arah gaya yang bekerja pada konduktor.

5. Apa yang dianggap sebagai arah arus di bagian luar rangkaian listrik?

Ini adalah arah dari kutub positif ke negatif.

6. Apa yang dapat ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kiri?

Arah gaya yang bekerja pada penghantar, mengetahui arah arus dan garis-garis medan magnet. Arah arus, mengetahui arah gaya dan garis magnet. Arah garis medan magnet, mengetahui arah arus dan gaya yang bekerja pada penghantar.

7. Dalam hal apa gaya medan magnet pada konduktor pembawa arus atau partikel bermuatan yang bergerak sama dengan nol?

Dalam kasus ketika arah gerakan arus atau arah kecepatan partikel bertepatan dengan arah garis induksi magnet, gaya medan magnet sama dengan nol.

Latihan.

1. Ke arah mana tabung aluminium ringan akan menggelinding ketika rangkaian ditutup (Gbr. 112)?

Menurut aturan tangan kiri, kita menentukan apa yang benar.

2. Gambar 113 menunjukkan dua konduktor telanjang yang terhubung ke sumber arus dan tabung aluminium ringan AB. Seluruh instalasi berada dalam medan magnet. Tentukan arah arus dalam tabung AB jika, sebagai akibat interaksi arus ini dengan medan magnet, tabung menggelinding sepanjang konduktor ke arah yang ditunjukkan pada gambar. Kutub mana dari sumber arus yang positif dan mana yang negatif?

Menurut aturan tangan kiri, arus bergerak dari titik A ke B, oleh karena itu, kutub atas sumber arus adalah positif, dan kutub bawah adalah negatif.

3. Di antara kutub magnet (Gbr. 114) ada empat konduktor dengan arus. Tentukan ke arah mana masing-masing bergerak.

Kiri - atas, bawah. Kanan - bawah, atas.

4. Gambar 115 menunjukkan partikel bermuatan negatif. bergerak dengan kecepatan v dalam medan magnet. Buat gambar yang sama di buku catatan Anda dan tunjukkan dengan panah arah gaya yang diterapkan medan pada partikel.

5. Medan magnet bekerja dengan gaya F pada partikel yang bergerak dengan kecepatan v (Gbr. 116). Tentukan tanda muatan partikel

Tanda muatan partikel adalah negatif (kami menerapkan aturan tangan kiri).

Deteksi medan magnet dengan efeknya pada arus listrik. aturan tangan kiri
Fenomena Elektromagnetik