左手定則(英語:Left-Hand Rule),是判斷通電導線處于磁場中時,所受安培力(F)的方向、磁感應強度(B)的方向以及通電導體棒的電流(I)三者方向之間的關系的定律。左手定則是兩個向量叉乘判斷力方向的簡化形式。
左手定則是英國電機工程師約翰·弗萊明提出的。1885年,弗萊明擔任英國倫敦大學電機工程學教授,由于學生經常弄錯磁場、電流和受力的方向,他通過“左手定則”幫助學生記憶。其使用方法是將左手的食指、中指和拇指伸直,使其在空間內相互垂直。食指方向代表磁場的方向,中指代表電流的方向,拇指所指的方向為受力的方向。
右手螺旋定則、右手定則、左手定則是電磁學中的三個重要定則,為方便記憶,可用一句順口溜來總結,即“左動右發,直導螺線右手抓”。
歷史沿革
左手定則是英國電機工程師弗萊明(Fleming,1849—1945年)提出的。1885年,亞歷山大·弗萊明擔任英國倫敦大學電機工程學教授,由于學生經常弄錯磁場、電流和受力的方向,于是,他想用一個簡單的方法幫助學生記憶,“左手定則”由此誕生了。
使用方法
將左手的食指、中指和拇指伸直,使其在空間內相互垂直。食指方向代表磁場的方向,中指代表電流的方向,那拇指所指的方向就是受力的方向。使用時可以記住,中指、食指、拇指分別指代電、磁、力。該方法在歐美被廣泛使用。
主要應用
判斷安培力
安培力的方向垂直于由通電導線和磁場方向所確定的平面,且I、B與F三者的方向間由左手定則判定。左手定則為:伸開左手,使拇指與其他四指垂直且在一個平面內,讓磁感線從手心穿入,四指指向電流方向,大拇指指向的就是安培力方向。
判斷洛倫茲力
洛倫茲力的方向用左手定則判斷,其方法為:將左手掌攤平,讓磁感應線穿過手掌心,四指表示電荷運動方向,則和四指垂直的大拇指所指方向即為洛倫茲力的方向。但須注意,如果運動電荷是正電荷,大拇指的指向即為洛倫茲力的方向,如果運動電荷是負電荷,那么大拇指的指向為洛倫茲力的反方向。
安培力和洛倫茲力的關系
安培力的實質是形成電流的定向移動的電荷所受洛倫茲力的合力。
電荷的運動方向與磁場平行時不受洛倫茲力作用,當電流方向與磁場平行時,電荷的定向移動方向也與磁場方向平行,所受洛倫茲力為零,其合力安培力也為零。
洛倫茲力不做功是因為力的方向與粒子的運動方向垂直,根據功的公式W=FScosθ,θ=90°時,W=0。安培力與導線中的電流方向垂直,與導線的運動方向并不一定垂直,一般情況是在同一直線上的,因此安培力做功不為0。
叉乘法與左手定則
將左手平展,四指并攏后與拇指呈90度夾角:讓第一個向量(磁場)的態射朝向掌心穿入,同時使四指從指根到指尖的指向與第二個矢量(電流/電荷運動方向)保持一致,此時拇指從指根到指尖的指向,便是第三個矢量(力)的方向。而矢量叉乘的原理恰恰說明,左手定則正是為了簡化“磁、力、電”三者方向關系的判斷,所歸納出的便捷方法。
注意事項
1、右手螺旋定則、右手定則、左手定則是電磁學中的三個重要定則,不存在左手螺旋定則。
2、關于高中物理中左手右手的口訣:左力右電,意思為左手定則用來判斷力的方向,右手定則用來判斷電的方向。
三個定則的巧記方法
右手螺旋定則
用來判斷磁感線和磁場的方向,可形象化記憶:右手比左手更靈活而有力地握拳螺旋,所以螺旋定則是右手,而不是左手。
左手定則
可抽象化記憶為:左手是軟弱的,在電場力的作用下被動的移動,所以用來判斷通電直導線在磁場中受力方向。伸出無力的左手,電流正流過平伸而無力的四指,磁感線正穿透你的掌心,而無力的左手,只能在電場力的作用下無奈的向著大拇指所指的方向移動(只是說拇指所指是電場力方向,不一定真的移動)。
右手定則
可抽象化記憶為:一般人右手比左手更有力。那么用右手判斷感應電流的方向,伸出有力的右手,讓磁感線垂直穿透掌心,伸出有力的右手大拇指,讓右手手掌在強有力的大拇指的牽引下,向著大拇指所指的方向移動,源源不斷的電流正從其余的四指指尖流出。
關于左手定則和右手定則,還可記住兩個關鍵字“力”和“電”。左手定則是先通有電流,后判斷力的方向??蓪⒆笫中蜗笥洃洖椤半妱訖C”,因為電動機是先有電后才有力。右手定則是先有導體運動,后判斷電流的方向。那么可將右手形象記憶為“發電機”,因為發電機是先有運動或力,后才有電。聯系生產實際,按照習慣人們干活都是先用右手后動左手,記憶應當是“左動右發”,這樣對定則的使用會起到很好的幫助作用。為方便記憶,用一句順口溜來總結:“左動右發,直導螺線右手抓?!?/p>
參考資料 >