Czym jest siła Lorentza, jaka jest wielkość i kierunki tej siły
Definicja
Gdy elektrony poruszają się wzdłuż przewodnika, powstaje wokół niego pole magnetyczne. Jednocześnie, jeśli umieścisz przewodnik w poprzecznym polu magnetycznym i przesuniesz go, powstanie pole elektromagnetyczne indukcji elektromagnetycznej. Jeśli prąd przepływa przez przewodnik znajdujący się w polu magnetycznym, działa na niego siła amperowa.
Jego wartość zależy od przepływającego prądu, długości przewodnika, wielkości wektora indukcji magnetycznej i sinusa kąta między liniami pola magnetycznego i przewodnika. Oblicza się go według wzoru:
Rozważana siła jest nieco podobna do rozważanej powyżej, ale nie działa na przewodnik, ale na poruszającą się naładowaną cząstkę w polu magnetycznym. Formuła jest następująca:
Ważne! Siła Lorentza (FL) działa na elektron poruszający się w polu magnetycznym i na przewodnik - Amper.
Z dwóch wzorów widać, że w pierwszym i drugim przypadku im bliższy sinus kąta alfa do 90 stopni, tym większy wpływ odpowiednio na przewodnik lub ładunek Fa lub Fl.
Tak więc siła Lorentza nie charakteryzuje się zmianą wielkości prędkości, ale wpływem pola magnetycznego na naładowany elektron lub jon dodatni. Poddany działaniu FL nie wykonuje pracy. W związku z tym zmienia się kierunek prędkości ruchu naładowanej cząstki, a nie jej wielkość.
Jeśli chodzi o jednostkę miary siły Lorentza, podobnie jak w przypadku innych sił w fizyce, stosuje się wielkość taką jak Newton. Jego składniki:
Jak kierowana jest moc Lorentza
Aby określić kierunek siły Lorentza, podobnie jak w przypadku siły Ampere, działa zasada lewej ręki. Oznacza to, że aby zrozumieć, gdzie jest kierowana wartość Fl, należy otworzyć dłoń lewej ręki, aby linie indukcji magnetycznej dostały się do ręki, a wydłużone cztery palce wskazują kierunek wektora prędkości. Następnie kciuk, zgięty pod kątem prostym do dłoni, wskazuje kierunek siły Lorentza. Na poniższym zdjęciu widać, jak określić kierunek.
Uwaga! Kierunek działania Lorentza jest prostopadły do ruchu cząstki i linii indukcji magnetycznej.
W tym przypadku, by być bardziej precyzyjnym, dla cząstek naładowanych dodatnio i ujemnie ważny jest kierunek czterech wyciągniętych palców. Opisana powyżej reguła dla lewej ręki jest sformułowana dla cząsteczki dodatniej.Jeśli jest naładowany ujemnie, linie indukcji magnetycznej nie powinny być skierowane na otwartą dłoń, ale na jej tylną stronę, a kierunek wektora Fl będzie przeciwny.
Teraz powiemy w prostych słowach, co daje to zjawisko i jaki realny wpływ ma na ładunki. Załóżmy, że elektron porusza się w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku linii indukcji magnetycznej. Wspominaliśmy już, że Fl nie wpływa na prędkość, a jedynie zmienia kierunek ruchu cząstek. Wtedy siła Lorentza będzie miała efekt dośrodkowy. Odzwierciedla to poniższy rysunek.
Zastosowanie
Spośród wszystkich obszarów, w których stosuje się siłę Lorentza, jednym z największych jest ruch cząstek w polu magnetycznym ziemi. Jeśli rozważymy naszą planetę jako duży magnes, wówczas cząstki znajdujące się w pobliżu północnych biegunów magnetycznych wykonują przyspieszony ruch w spirali. W wyniku tego zderzają się z atomami z górnej atmosfery i widzimy zorzę polarną.
Istnieją jednak inne przypadki, w których zjawisko to ma zastosowanie. Na przykład:
- Lampy elektronopromieniowe. W swoich elektromagnetycznych układach odchylających. Od ponad 50 lat CRT są używane w różnych urządzeniach, od najprostszego oscyloskopu po telewizory o różnych kształtach i rozmiarach. Ciekawe, że w kwestiach renderowania kolorów i pracy z grafiką niektórzy nadal używają monitorów CRT.
- Samochody elektryczne - generatory i silniki. Chociaż siła Ampere jest bardziej prawdopodobna do działania tutaj. Ale te wartości można uznać za sąsiednie. Są to jednak złożone urządzenia, w trakcie których obserwuje się wpływ wielu zjawisk fizycznych.
- W akceleratorach naładowanych cząstek w celu nadania im orbit i kierunków.
Wniosek
Podsumowując i zarysując cztery główne punkty tego artykułu w prostym języku:
- Siła Lorentza działa na naładowane cząstki poruszające się w polu magnetycznym. Wynika to z podstawowej formuły.
- Jest to wprost proporcjonalne do prędkości naładowanej cząstki i indukcji magnetycznej.
- Nie wpływa na prędkość cząstek.
- Wpływa na kierunek cząsteczki.
Jego rola jest dość duża w obszarach „elektrycznych”. Specjalista nie powinien tracić z oczu podstawowych informacji teoretycznych na temat podstawowych praw fizycznych. Ta wiedza będzie przydatna, a także dla osób zajmujących się pracą naukową, projektowaniem i po prostu dla ogólnego rozwoju.
Na koniec zalecamy obejrzenie przydatnych filmów w celu utrwalenia badanego materiału:
Teraz wiesz, czym jest siła Lorentza, co jest równa i jak wpływa na naładowane cząstki. Jeśli masz pytania, zadaj je w komentarzach pod artykułem!
Powiązane materiały:
Ładowanie ...
