Сила Лоренца

Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называют силой Лоренца в честь великого голландского физика Х. Лоренца (1853 — 1928) — основателя электронной теории строения вещества. Силу Лоренца можно найти с помощью закона Ампера.

Модуль силы Лоренца равен отношению модуля силы F, действующей на участок проводника длиной Δl, к числу N заряженных частиц, упорядоченно движущихся в этом участке проводника:

Рассмотрим отрезок тонкого прямого проводника с током. Пусть длина отрезка Δl и площадь поперечного сечения проводника S настолько малы, что вектор индукции магнитного поля можно считать одинаковым в пределах этого отрезка проводника. Сила тока I в проводнике связана с зарядом частиц q, концентрацией заряженных частиц (числом зарядов в единице объема) и скоростью их упорядоченного движения v следующей формулой:

I = qnvS ( 2 )

Модуль силы, действующей со стороны магнитного поля на выбранный элемент тока, равен:

F = | I |B Δl sin α

Подставляя в эту формулу выражение ( 2 ) для силы тока, получаем:

F = | q | nvS Δl B sin α = v | q | NB sin α,
где N = nSΔl — число заряженных частиц в рассматриваемом объеме. Следовательно, на каждый движущийся заряд со стороны магнитного поля действует сила Лоренца, равная:

где α — угол между вектором скорости и вектором магнитной индукции. Сила Лоренца перпендикулярна векторам магнитной индукции и скорости упорядоченного движения заряженных частиц. Ее направление определяется с помощью того же правила левой руки, что и направление силы Ампера.

Так как сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы, то она не совершает работы. Согласно теореме о кинетической энергии это означает, что сила Лоренца не меняет кинетическую энергию частицы и, следовательно, модуль ее скорости. Под действием силы Лоренца меняется лишь направление скорости частицы.


Другие заметки по физике

edu.glavsprav.ru

Сила Лоренца (эл. И магн. Часть). Закон Ампера. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца

Электрический
ток – это совокупность упорядоченно
движущихся заряженных частиц. Поэтому
действие магнитного поля на проводник
с током есть результат действия поля
на движущиеся заряженные частицы внутри
проводника.

Силу,
действующую на движущуюся заряженную
частицу со стороны магнитного поля,
называют силой
Лоренца
.

Модуль
силы Лоренца равен отношению модуля
силы Ампера, действующей на участок
проводника, к числу заряженных частиц
в этом участке проводника:

Сила
Ампера равна
,
сила тока равна(см. стр. 12). Подставив эти выражения в
формулу для силы Лоренца, получим:

где
— угол между векторами скорости и
магнитной индукции.

Направление
силы Лоренца определяют для положительного
заряда по правилу левой руки. (Для
отрицательного заряда сила Лоренца
будет направлена в противоположную
сторону).

Так
как сила Лоренца перпендикулярна
скорости частицы, то она не совершает
работу. А, согласно теореме о кинетической
энергии, это означает, что сила Лоренца
не меняет кинетическую энергию частицы
и, следовательно модуль ее скорости.
Под действием силы Лоренца меняется
лишь направление скорости частицы.

Закон Ампера

Поместим
в магнитное поле проводник длинной l,
по которому течет ток I.
На проводник действует сила, прямо
пропорциональная силе тока, текущего
по проводнику, индукции магнитного
поля, длине проводника, и зависящая от
ориентации проводника в магнитном
поле. |F|=IBlsin,
где
угол между
направлением тока в проводнике и
направлением вектора магнитной индукции
B,
Направление силы Ампера определяется
по правилу
левой руки
:
если левую руку расположить так, что
магнитные силовые линии входят в ладонь,
четыре вытянутых пальца направить по
току, то отогнутый большой палец укажет
направление силы. Очевидно, что сила
Ампера равна нулю, если проводник
расположен вдоль силовых линий поля и
максимальна, если проводник перпендикулярен
силовым линиям. Движение заряженных
частиц в магнитном поле. На проводник
с током в магнитном поле действует сила
Ампера FА
IBlsin.Ток,
в свою очередь, это направленное движение
заряженных частиц. Сила тока равна
I=qnvS,
где q
– заряд частицы, n-концентрация
движущихся заряженных частиц, v-средняя
скорость их направленного движения,
S-площадь
поперечного сечения проводника.
Подставив I
в выражение для FА,
получим FА=
qnvSBlsin,
где nsl=N
– общее число частиц, создающих ток.
Тогда сила, действующая на отдельный
движущийся заряд – сила
Лоренца
,
равна Fл=qvBsin.
где
— угол между векторами скорости и
магнитной индукции. Направление силы
Лоренца определяется для положительно
заряженной частицы по правилу левой
руки.

Закон Ампера

Сила,
действующая на проводник с током в
магнитном поле, называется силой Ампера.

Экспериментальное
изучение магнитного взаимодействия
показывает, что модуль силы Ампера
пропорционален длине проводника с
током, силе тока и зависит от ориентации
проводника в магнитном поле.

Опыт
показывает, что магнитное поле, вектор
индукции которого направлен вдоль
проводника с током, не оказывает влияния
на ток. Поэтому модуль силы зависит
лишь от модуля составляющей вектора
магнитной индукции, перпендикулярной
проводнику.

Закон
Ампера заключается в следующем.
Сила Ампера равна произведению магнитной
индукции поля на силу тока, длину участка
проводника и на синус угла между
магнитной индукцией и участком
проводника:

Направление
силы ампера определяется по правилу
левой руки: если левую руку расположить
так, чтобы перпендикулярная составляющая
магнитной индукции входила в ладонь,
а четыре вытянутых пальца были направлены
по направлению тока, то отогнутый на
90 большой палец покажет направление
силы, действующей на отрезок проводника.

Магнитное
взаимодействие проводников с током
используется в Международной системе
для определения единицы сила тока
ампера.

Ампер
–сила неизменяющегося тока, который
при прохождении по двум параллельным
прямолинейным проводникам бесконечной
длины и ничтожно малого кругового
сечения, расположенным на расстоянии
1 м друг от друга в вакууме, вызывал бы
между этими проводниками силу магнитного
взаимодействия, равную Н на каждый
метр длины.

studfiles.net

Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца

Урок № 43-169 Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца Сила Лоренца — сила, действующая со стороны магнитного поля на движущуюся электрически заряженную частицу. FЛ= qvBsinα

q — заряд частицы;

V — скорость заряда;

В – вектор индукции магнитного поля;

α — угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции.

Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки:

Если левую руку расположить так, чтобы составляющая магнитной индукции В, перпендикулярная скорости заряда, входила в ладонь, а четыре пальца были направлены по движению положительного заря­да (против движения отрицательно­го), то отогнутый на 90° большой палец покажет направление дейст­вующей на заряд силы Лоренца Fл.

Выводы:

  1. Так как сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости заряда, то она не совершает работы (т.е. не изменяет величину скорости заряда и его кинетическую энергию).

  2. Если заряженная частица движется параллельно силовым линиям магнитного поля, то FЛ = 0 , и заряд в магнитном поле движется равномерно и прямолинейно.

  3. Если заряженная частица движется перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, то сила Лоренца является центростремительной и создает

центростремительное ускорение. В этом случае частица движется по окружности

Согласно второму закону Ньютона: сила Лоренца равна

произведению массы частицы на центростремительное ускорение q∙v∙B = , тогда радиус окружности R= , а период обращения заряда в магнитном поле T =

Так как электрический ток представляет собой упорядоченное движение зарядов, то действие магнитного поля на проводник с током есть результат его действия на отдельные движущиеся заряды

Вопросы.

1. Чему равен модуль силы Лоренца?

2. Как движется заряженная частица в однородном магнитном поле, если началь­ная скорость частицы перпендикулярна ли­ниям магнитной индукции?

3. Как определить направление силы Ло­ренца?

4. Почему сила Лоренца меняет на­правление скорости, но не меняет ее модуль?

Экзаменационный вопрос. Сила Лоренца

50. Чему равна сила, действующая на заряд 10-7 Кл, движущийся со скоростью 600 м/с в магнитном поле с индукцией 0,02 Тл, если скорость направлена перпендикулярно линиям магнитной индукции?

А. 3  10-11 Н. Б. 12  10-11 Н. В. 12  10-7 Н. Г. 3  10-7 Н. Д. Сила равна 0.

Задачи

№ 1 В каком направлении повернется магнитная стрелка в контуре с током на рисунке.1?

№ 2. Обозначить полюсы источника тока, питающе­го соленоид, чтобы наблюдалось

Взаимодействие, указанное на рисунке 2.

№ 3. Электрон влетает в однородное магнитное поле, индукция которого 0,5 Тл, со скоростью 20000 км/с перпендикулярно линиям индукции. Определить силу, с которой магнитное поле действует на электрон.

№ 4. На рисунке 3 изображены четыре частицы, имеющие одинаковые заряды и вылетающие из точки А в магнитное поле с одинаковыми скоростями. Определить знак заряда частиц и объяснить причину несовпадения траекторий их движения.

№ 5. На рисунке 4 даны направления векторов В и v. Определить направление силы Лоренца,

действующей на отрицательный электрический заряд.

№ 6. Электрон влетает в однородное магнитное поле, индукция которого

0,05 Тл, перпендикулярно линиям индукции со скоростью 40000 км/с. Определить
радиус кривизны траектории электрона.

№ 7. По направлениям векторов В и v, изображенных на рисунке 5, определить направление силы Лоренца, действующей на положительный заряд.

№ 8.Электрон и протон, двигаясь со скоростями, влетают в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции. Сравнить радиусы кривизны траекторий протона и электрона, если масса протона 1,67∙10 -27 кг, а масса электрона 9,1∙ 10-31 кг.

№ 9. Определить знак заряда частицы, влетевшей в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции, и указать направление силы Лоренца в точках А, В, С и О на рисунке 6.

Задачи трех уровней. Сила Лоренца

1. Электрон движется в однородном магнитном поле с индукцией 0,02 Тл. Скорость электрона равна 107 м/с и электрон Чему равна сила, действующая на электрон?

2. Протон движется со скоростью 5∙106 м/с в однородном магнитном поле с индукцией 0,2 Тл. Определить силу, действующую на протон, если угол между направлением скорости протона и линиями индукции равен 30º.

3. С какой скоростью влетел электрон в однородное магнитное поле с индукцией 10-2 Тл перпендикулярно линиям магнитной индукции, если сила, действующая на него, равна 4,8∙10 -15 Н.

4. В однородное магнитное поле влетает электрон со скоростью 3,2∙107 м/с, направленной перпендикулярно линиям индукции. Определить вектор магнитной индукции, если радиус, по которому движется электрон в магнитном поле, 0,91 мм.

5. С какой скоростью влетел электрон в магнитное поле перпендикулярно линиям индукции с В=0,1 Тл, если радиус его движения равен 0,5 мм?

6. В однородное магнитное поле индукцией 0,8 Тл влетает электрон со скоростью 4∙107 м/с, направленной перпендикулярно линиям индукции. Определить радиус, по которому будет двигаться электрон в магнитном поле.

7. Ионы какого химического элемента разгоняются в электрическом поле с напряжением 800В и затем попадают в однородное магнитное поле с индукцией 0,25 Тл, где движутся в вакууме по окружности радиусом 8см?

8. Из электронной пушки, ускоряющее напряжение которой 600 В вылетает электрон и попадает в однородное магнитное поле с индукцией 1,2 Тл. Направление скорости составляет с направлением линий магнитной индукции угол 30º. Найти ускорение электрона в магнитном поле. Отношение заряда электрона к его массе g/m=1,76∙1011 Кл/кг.

9. Электрон, обладающий кинетической энергией 1,6∙10-18 Дж влетел в магнитное поле, перпендикулярно линиям индукции В=0,1Тл. Чему равно центростремительное ускорение, которое получает электрон в магнитном поле?

http://landing.megapost.info/phisic/

2

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

Рис 6

doc4web.ru

Электричество и магнетизм

Вторая стрелка в нашей схеме (5.2) — действие магнитного поля на ток была реализована в том же 1820 г. в экспериментах Ж. Био, Ф. Савара и А. Ампера. Поскольку ток есть движение большого числа элементарных зарядов, естественно рассмотреть наиболее простую систему — один движущийся заряд.

Сила, с которой магнитное поле действует на движущийся со скоростью v  заряд q, пропорциональна величине магнитного поля, то есть вектору магнитной индукции B, скорости заряда v, величине самого заряда q. Эксперименты показали, что эта сила ортогональна как скорости заряда, так и вектору магнитной индукции. Эта сила называется силой Лоренца, и определяется она векторным произведением

                 

(5.3)

Согласно этому выражению, сила Лоренца перпендикулярна плоскости, где расположены векторы v и B  и определяется для положительного заряда по правилу винта (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Правило винта для определения направления векторного произведения 

Модуль силы Лоренца равен

                

(5.4)

где  — угол между векторами v и B. Приведенные соотношения можно использовать для измерения величины и направления вектора магнитной индукции B, так же как соотношение

Является, определением вектора напряженности электрического поля.  

В системе СИ единицей измерения магнитной индукции является тесла (Тл)

 

Тесла — большая величина, магниты с полем 10–8 Тл относятся к рекордным. 

Поскольку сила Лоренца FL всегда направлена перпендикулярно к скорости движения частицы v, она не совершает работы. Следовательно, кинетическая энергия заряженной частицы при движении в магнитном поле не изменяется, а значит, не меняется величина скорости частицы. Сила Лоренца изменяет лишь направление вектора v, то есть сообщает частице нормальное ускорение. 

Если заряд движется в области, где существует и электрическое поле E, и магнитное поле B, то на него действует полная сила

                     

(5.5)

(Часто эту полную силу, действующую на заряд в электромагнитном поле, и называют силой Лоренца). 

Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях лежит в основе многих явлений, происходящих во Вселенной. Так, например, заряженные частицы космических лучей, взаимодействуя с магнитным полем Земли, вызывают много интересных явлений, в том числе полярные сияния. Земное магнитное поле способно захватывать заряженные частицы, попадающие из космоса в окрестность Земли, в результате чего и возникли окружающие Землю радиационные полюса (см. рис. 5.5). 

Изучение движения заряженных частиц в электрических и магнитных полях сделало возможным определение удельных зарядов этих частиц (то есть отношений заряда к их массе) и отсюда получать ценные сведения о природе частиц и о тех процессах, в которых они возникают.

Воздействие на потоки электронов и других заряженных частиц электрических и магнитных полей используется для управления этими потоками, что лежит в основе различных физических приборов от электронно-лучевых трубок до самых современных ускорителей заряженных частиц.

На рис. 5.9 показан опыт, демонстрирующий отклонение пучка электронов в электронно-лучевой трубке (рис. 5.10)  под действием силы Лоренца, возникающей при приближении к трубке постоянного магнита, имеющего форму длинного цилиндра. Показывается, что сила перпендикулярна направлению тока в пучке и направлению магнитного поля и меняет знак при изменении направления магнитного поля.

online.mephi.ru

Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца

Здесь Вы можете скачать Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца для предмета : Физика.
Данный документ поможет вам подготовить хороший и качественный материал для урока.

Урок № 43-169 Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца Сила Лоренца — сила, действующая со стороны магнитного поля на движущуюся электрически заряженную частицу. FЛ= qvBsinα

q — заряд частицы;

V — скорость заряда;

В – вектор индукции магнитного поля;

α — угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции.

Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки:

Если левую руку расположить так, чтобы составляющая магнитной индукции В, перпендикулярная скорости заряда, входила в ладонь, а четыре пальца были направлены по движению положительного заря­да (против движения отрицательно­го), то отогнутый на 90° большой палец покажет направление дейст­вующей на заряд силы Лоренца Fл.

Выводы:

  1. Так как сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости заряда, то она не совершает работы (т.е. не изменяет величину скорости заряда и его кинетическую энергию).

  2. Если заряженная частица движется параллельно силовым линиям магнитного поля, то FЛ = 0 , и заряд в магнитном поле движется равномерно и прямолинейно.

  3. Если заряженная частица движется перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, то сила Лоренца является центростремительной и создает

центростремительное ускорение. В этом случае частица движется по окружности

Согласно второму закону Ньютона: сила Лоренца равна

произведению массы частицы на центростремительное ускорение q∙v∙B = , тогда радиус окружности R= , а период обращения заряда в магнитном поле T =

Так как электрический ток представляет собой упорядоченное движение зарядов, то действие магнитного поля на проводник с током есть результат его действия на отдельные движущиеся заряды

Вопросы.

1. Чему равен модуль силы Лоренца?

2. Как движется заряженная частица в однородном магнитном поле, если началь­ная скорость частицы перпендикулярна ли­ниям магнитной индукции?

3. Как определить направление силы Ло­ренца?

4. Почему сила Лоренца меняет на­правление скорости, но не меняет ее модуль?

Экзаменационный вопрос. Сила Лоренца

50. Чему равна сила, действующая на заряд 10-7 Кл, движущийся со скоростью 600 м/с в магнитном поле с индукцией 0,02 Тл, если скорость направлена перпендикулярно линиям магнитной индукции?

А. 3  10-11 Н. Б. 12  10-11 Н. В. 12  10-7 Н. Г. 3  10-7 Н. Д. Сила равна 0.

Задачи

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

Рис 6

№ 1 В каком направлении повернется магнитная стрелка в контуре с током на рисунке.1?

№ 2. Обозначить полюсы источника тока, питающе­го соленоид, чтобы наблюдалось

Взаимодействие, указанное на рисунке 2.

№ 3. Электрон влетает в однородное магнитное поле, индукция которого 0,5 Тл, со скоростью 20000 км/с перпендикулярно линиям индукции. Определить силу, с которой магнитное поле действует на электрон.

№ 4. На рисунке 3 изображены четыре частицы, имеющие одинаковые заряды и вылетающие из точки А в магнитное поле с одинаковыми скоростями. Определить знак заряда частиц и объяснить причину несовпадения траекторий их движения.

№ 5. На рисунке 4 даны направления векторов В и v. Определить направление силы Лоренца,

действующей на отрицательный электрический заряд.

№ 6. Электрон влетает в однородное магнитное поле, индукция которого

0,05 Тл, перпендикулярно линиям индукции со скоростью 40000 км/с. Определить
радиус кривизны траектории электрона.

№ 7. По направлениям векторов В и v, изображенных на рисунке 5, определить направление силы Лоренца, действующей на положительный заряд.

№ 8.Электрон и протон, двигаясь со скоростями, влетают в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции. Сравнить радиусы кривизны траекторий протона и электрона, если масса протона 1,67∙10 -27 кг, а масса электрона 9,1∙ 10-31 кг.

№ 9. Определить знак заряда частицы, влетевшей в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции, и указать направление силы Лоренца в точках А, В, С и О на рисунке 6.

Задачи трех уровней. Сила Лоренца

1. Электрон движется в однородном магнитном поле с индукцией 0,02 Тл. Скорость электрона равна 107 м/с и электрон Чему равна сила, действующая на электрон?

2. Протон движется со скоростью 5∙106 м/с в однородном магнитном поле с индукцией 0,2 Тл. Определить силу, действующую на протон, если угол между направлением скорости протона и линиями индукции равен 30º.

3. С какой скоростью влетел электрон в однородное магнитное поле с индукцией 10-2 Тл перпендикулярно линиям магнитной индукции, если сила, действующая на него, равна 4,8∙10 -15 Н.

4. В однородное магнитное поле влетает электрон со скоростью 3,2∙107 м/с, направленной перпендикулярно линиям индукции. Определить вектор магнитной индукции, если радиус, по которому движется электрон в магнитном поле, 0,91 мм.

5. С какой скоростью влетел электрон в магнитное поле перпендикулярно линиям индукции с В=0,1 Тл, если радиус его движения равен 0,5 мм?

6. В однородное магнитное поле индукцией 0,8 Тл влетает электрон со скоростью 4∙107 м/с, направленной перпендикулярно линиям индукции. Определить радиус, по которому будет двигаться электрон в магнитном поле.

7. Ионы какого химического элемента разгоняются в электрическом поле с напряжением 800В и затем попадают в однородное магнитное поле с индукцией 0,25 Тл, где движутся в вакууме по окружности радиусом 8см?

8. Из электронной пушки, ускоряющее напряжение которой 600 В вылетает электрон и попадает в однородное магнитное поле с индукцией 1,2 Тл. Направление скорости составляет с направлением линий магнитной индукции угол 30º. Найти ускорение электрона в магнитном поле. Отношение заряда электрона к его массе g/m=1,76∙1011 Кл/кг.

9. Электрон, обладающий кинетической энергией 1,6∙10-18 Дж влетел в магнитное поле, перпендикулярно линиям индукции В=0,1Тл. Чему равно центростремительное ускорение, которое получает электрон в магнитном поле?

http://landing.megapost.info/phisic/

docbase.org

Сила Лоренца | Формулы и расчеты онлайн

Сила Лоренца действующая на электрон

В частном случае носителем заряда является электрон. Тогда в формулу (5) в качестве Q следует подставить

\[ е = — 1.602 · 10^{-19} Кл. \]

При определении направления движения электронов с помощью правила левой руки следует учитывать, что направление движения электронов противоположно техническому направлению тока.

Сила Лоренца действующая на электрон и протон

Величина и направление силы Лоренца определяются соотношением

\[ \vect{F_{L}}= e \vect{v} × \vect{B} \]

где $\vect{v}$, $\vect{B}$ и $\vect{F}$ образуют правую систему.

Для электронов, движущихся перпендикулярно магнитному полю, формула упрощается:

\[ F_{L} = evB \]

Так как сила действует перпендикулярно скорости и направлению поля, она создает центростремительное ускорение, т.е. изменяет направление скорости, не меняя ее величины.
Поэтому электрон движется в магнитном поле по окружности.

Вычислить, найти силу Лоренца действующую на электрон или протон

Радиус траектории электрона в магнитном поле

Для определения радиуса круговой траектории электрона приравняем силу Лоренца и центростремительную силу.

Если

rрадиус круговой траектории электрона,метр
me9,11 · 10-31 кг — масса электрона,кг
e1,602 · 10-19 Кл — элементарный электрический заряд,Кулон
vскорость электрона,м/с
Bмагнитная индукция,Тесла

то, приравнивая обе силы, получаем

\[ evB = \frac{m_{e} · v^{2}}{r} \]

и, следовательно,

\[ r = \frac{m_{e} · v}{eB} \]

Сила Лоренца действующая на протон

Электрический заряд протона равен по модулю заряду электрона, но имеет положительный знак.

\[ p = + 1.602 · 10^{-19} Кл. \]

При определении направления движения протонов с помощью правила левой руки направление движения протонов совпадает с техническим направлением тока и с картинкой.

Таким образом электрон и протон влетая в магнитное поле в одном направлении будут отклоняться в разные стороны.

Сила Лоренца действующая на протон

Величина силы действующая на электрон и на протон будет одинакова (определяется формулой №3), но поскольку протон гораздо тяжелее электрона, радиус закручивания для протона будет больше.

Радиус траектории протона в магнитном поле

Если

rрадиус круговой траектории протона,метр
mp1,67 · 10-27 кг — масса протона,кг
p1,602 · 10-19 Кл — элементарный электрический заряд,Кулон
vскорость протона,м/с
Bмагнитная индукция,Тесла

Радиус траектории для протона будет вычисляться по аналогичной формуле

\[ r = \frac{m_{p} · v}{pB} \]

Из этой формулы видно что при одинаковых скоростях электрона и протона радиус траектории протона будет значительно больше, чем у электрона пропорционально отношению масс этих частиц

В помощь студенту


Сила Лоренца
стр. 665

www.fxyz.ru

Сила Лоренца — fizikatyt

Сила Лоренца — сочетание электрического и магнитного взаимодействия, которое возникает, когда положительно или отрицательно заряженная частица движется в электромагнитном поле. Она перпендикулярна направлениям векторов магнитной индукции и скорости заряда. Под её действием частица изменяет траекторию своего движения и скорость.

Этот вид сил впервые описал Джеймс Максвелл в 1865 году, а в 1892 году голландский физик Хендрик Лоренц записал для неё математическое выражение. Хотя первый вывод формулы исследователи приписывают Оливеру Хевисайду.

Вариация этой базовой силы действует на проводник с током, когда его помещают между полюсами магнита. Если в проводнике существует ток, то он будет отклоняться во внешнем магнитном поле, так как сила Лоренца будет действовать на все движущиеся в нём электроны. В какую сторону отклонится провод с током наглядно продемонстрирует правило левой руки.

Это явление и возникающую силу используют в экспериментальной физике для:

  • увеличения скорости элементарных частиц и ионов в различных циклотронах и других ускорителях;
  • определения удельного заряда и массы положительных ионов, относительной атомной массы изотопов химических элементов в масс-спектрографии;
  • в магнетронах и скоростных фильтрах.

В быту такое воздействие на заряженную частицу нашло применение в телевизорах с электронно-лучевой трубкой, электродвигателях, колонках, генераторах.

Какова природа силы?

Эта сила принадлежит спектру сил электромагнитного взаимодействия. Магнитное поле создают заряженные частицы, такие как протон или электрон, во время своего движения. Движущийся заряд поместим во внешнее поле, например, между полюсами магнита. Поле точечного заряда и внешнее поле будут взаимодействовать определённым образом: притягиваться или отталкиваться. Это зависит от знака заряда и от взаимного расположения линий магнитной индукции полей.

Формула для вычисления модуля силы Лоренца демонстрирует её зависимость от скорости частицы v, абсолютного значения её заряда q, от модуля индукции внешнего магнитного поля B и угла α, показывающего взаимное расположение векторов скорости и магнитной индукции.

На рисунке представлены все величины, фигурирующие в формуле:

Из уравнения видно, что если v (скорость) стремится к нулю, то на точечный заряд не будет действовать и сила Лоренца. Кроме того, если заряд перемещается в направлении, параллельном направлению вектора магнитной индукции, то есть sin (0) = 0, снова будем наблюдать отсутствие внешней силы (Fл=0). А при движении, перпендикулярном линиям внешнего магнитного поля, сила Лоренца становится центростремительной и искривляет траекторию объекта (наблюдается движение по окружности). Протон представлен на рисунке а), рисунок б) описывает электрон.

Правило левой руки

Для положительно заряженной частицы необходимо расположить ладонь левой руки, чтобы четыре вытянутых пальца направить параллельно её движению, а линии магнитной индукции входили в ладонь перпендикулярно, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы Лоренца. А для отрицательного заряда силу Лоренца направляем в противоположную сторону.

fizikatyt.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о