Tartalom:
- Meghatározás
- Hogyan irányul a Lorentz-erő?
- Alkalmazás
- Következtetés
Meghatározás
Amikor az elektronok egy vezető mentén mozognak, mágneses mező keletkezik körülötte. Ugyanakkor, ha egy vezetőt keresztirányú mágneses mezőbe helyez, és elmozdítja, elektromágneses indukció EMF keletkezik. Ha egy mágneses térben lévő vezetőn áram folyik át, az Ampererő hat rá.
Értéke függ az átfolyó áramtól, a vezető hosszától, a mágneses indukciós vektor nagyságától és a mágneses tér és a vezető vonalai közötti szög szinuszától. Kiszámításuk a következő képlettel történik:
A figyelembe vett erő részben hasonló a fent vizsgálthoz, de nem egy vezetőre, hanem egy mozgó töltött részecskére hat mágneses térben. A képlet a következő:
Fontos! A Lorentz-erő (Fl) egy mágneses mezőben mozgó elektronra és egy vezetőre - Amperre - hat.
A két képletből látható, hogy az első és a második esetben minél közelebb van az alfa szög szinusza 90 fokhoz, annál nagyobb a hatás a vezetőre, illetve az Fа vagy Fl töltésre.
Tehát a Lorentz-erő nem a sebesség nagyságának változását jellemzi, hanem a mágneses tér hatását egy töltött elektronra vagy pozitív ionra. Ha ezeknek van kitéve, az Fl nem végez munkát. Ennek megfelelően a töltött részecske mozgási sebességének iránya változik, és nem az értéke.
Ami a Lorentz-erő mértékegységét illeti, csakúgy, mint a fizikában más erők esetében, olyan mennyiséget használnak, mint a Newton. Összetevői:
Hogyan irányul a Lorentz-erő?
A Lorentz-erő irányának meghatározásához, mint az Amper-erő esetében, a balkéz szabály működik. Ez azt jelenti, hogy annak megértéséhez, hová irányul az Fl értéke, ki kell nyitnia a bal keze tenyerét, hogy a kéz belépett a mágneses indukció vonalaiba, és a kinyújtott négy ujj jelezte a vektor irányát sebesség. Ezután a tenyérre derékszögben hajlított hüvelykujj jelzi a Lorentz-erő irányát. Az alábbi képen láthatja, hogyan határozható meg az irány.
Figyelem! A Lorentz-hatás iránya merőleges a részecske mozgására és a mágneses indukció vonalaira.
Ebben az esetben, pontosabban, a pozitív és negatív töltésű részecskék esetében a négy kinyújtott ujj iránya számít. A fenti bal oldali szabály egy pozitív részecskére van megfogalmazva. Ha negatív töltésű, akkor a mágneses indukció vonalait nem a nyitott tenyér felé kell irányítani, hanem a háta felé, és az Fl vektor iránya ellentétes lesz.
Most egyszerű szavakkal elmondjuk, mit ad nekünk ez a jelenség, és milyen valós hatással van a töltésekre. Tegyük fel, hogy az elektron a mágneses indukciós vonalak irányára merőleges síkban mozog. Már említettük, hogy Fl nem befolyásolja a sebességet, csak a részecskék mozgási irányát változtatja meg. Ekkor a Lorentz-erő centripetális hatást fejt ki. Ezt tükrözi az alábbi ábra.
Alkalmazás
Azon szférák közül, ahol a Lorentz-erőt alkalmazzák, az egyik legnagyobb a részecskék mozgása a Föld mágneses mezőjében. Ha bolygónkat egy nagy mágnesnek tekintjük, akkor az északi mágneses pólusok közelében lévő részecskék felgyorsult spirális mozgást végeznek. Ennek eredményeként ütköznek a felső légkörből származó atomokkal, és látjuk az északi fényt.
Vannak azonban más esetek is, amikor ez a jelenség érvényesül. Például:
- Katódsugárcsövek. Elektromágneses eltérítési rendszereikben. A katódsugárcsöveket több mint 50 éve használják egymás után a legegyszerűbb oszcilloszkópoktól a különféle formájú és méretű televíziókig. Érdekes, hogy a színvisszaadás és a grafikával való munka terén egyesek még mindig CRT-monitort használnak.
- Elektromos gépek - generátorok és motorok. Bár itt inkább az Ampere ereje hat. De ezek a mennyiségek összefüggőnek tekinthetők. Ezek azonban összetett eszközök, amelyek működése során számos fizikai jelenség befolyása figyelhető meg.
- Töltött részecskegyorsítókban, pályájuk és irányuk beállítására.
Következtetés
Foglaljuk össze és vázoljuk fel e cikk négy fő tézisét egyszerű szavakkal:
- A Lorentz-erő olyan töltött részecskékre hat, amelyek mágneses térben mozognak. Ez az alapképletből következik.
- Ez egyenesen arányos a töltött részecske sebességével és a mágneses indukcióval.
- Nem befolyásolja a részecskesebességet.
- Befolyásolja a részecske irányát.
Szerepe meglehetősen nagy az "elektromos" területeken. A szakembernek nem szabad szem elől tévesztenie a fizika alapvető törvényeivel kapcsolatos alapvető elméleti információkat. Ez a tudás hasznos lesz, valamint azoknak, akik tudományos munkával, tervezéssel és egyszerűen általános fejlesztéssel foglalkoznak.
Végül javasoljuk, hogy nézzen meg hasznos videókat a tanulmányozott anyag konszolidálásához:
Most már tudja, mi a Lorentz-erő, mi egyenlő, és hogyan hat a töltött részecskékre. Ha kérdése van, tegye fel a cikk alatti megjegyzésekben!
Kapcsolódó anyagok:
- A gimlet szabálya egyszerű szavakkal
- Mi az elektromos töltés
- Hogyan lehet átváltani az ampert kilowattra
- Átmeneti érintkezési ellenállás
