Forza di Lorentz: formula, definizione e direzione

Definizione

Quando gli elettroni si muovono lungo un conduttore, attorno ad esso si forma un campo magnetico. Allo stesso tempo, se si posiziona un conduttore in un campo magnetico trasversale e lo si sposta, si verificherà un campo elettromagnetico di induzione elettromagnetica. Se una corrente scorre attraverso un conduttore che si trova in un campo magnetico, la forza di Ampere agisce su di esso.

Il suo valore dipende dalla corrente che scorre, dalla lunghezza del conduttore, dall'ampiezza del vettore di induzione magnetica e dal seno dell'angolo tra le linee del campo magnetico e il conduttore. Sono calcolati dalla formula:

La forza considerata è in parte simile a quella considerata sopra, ma agisce non su un conduttore, ma su una particella carica in movimento in un campo magnetico. La formula è:

Importante! La forza di Lorentz (Fl) agisce su un elettrone che si muove in un campo magnetico e su un conduttore - Ampere.

Dalle due formule si vede che nel primo e nel secondo caso, quanto più il seno dell'angolo alfa è vicino a 90 gradi, tanto maggiore è l'effetto sul conduttore o sulla carica Fà o Fl, rispettivamente.

Quindi, la forza di Lorentz non caratterizza il cambiamento nella grandezza della velocità, ma l'effetto del campo magnetico su un elettrone carico o uno ione positivo. Quando esposto a loro, Fl non esegue lavoro. Di conseguenza, è la direzione della velocità di movimento della particella carica che cambia, e non il suo valore.

Per quanto riguarda l'unità di misura della forza di Lorentz, come nel caso di altre forze in fisica, viene utilizzata una quantità come Newton. I suoi componenti:

Come è diretta la forza di Lorentz?

Per determinare la direzione della forza di Lorentz, come per la forza di Ampere, funziona la regola della mano sinistra. Ciò significa che, per capire dove è diretto il valore di Fl, è necessario aprire il palmo della mano sinistra in modo che in la mano è entrata nelle linee di induzione magnetica e le quattro dita estese hanno indicato la direzione del vettore velocità. Quindi il pollice, piegato ad angolo retto rispetto al palmo, indica la direzione della forza di Lorentz. Nell'immagine qui sotto, puoi vedere come determinare la direzione.

Attenzione! La direzione dell'azione di Lorentz è perpendicolare al moto della particella e alle linee di induzione magnetica.

In questo caso, per essere più precisi, per particelle cariche positivamente e negativamente, la direzione delle quattro dita estese è importante. La regola di sinistra sopra è formulata per una particella positiva. Se è caricato negativamente, le linee di induzione magnetica dovrebbero essere dirette non verso il palmo aperto, ma verso la sua parte posteriore, e la direzione del vettore Fl sarà opposta.

Ora diremo in parole semplici cosa ci dà questo fenomeno e quale effetto reale ha sulle accuse. Supponiamo che l'elettrone si muova in un piano perpendicolare alla direzione delle linee di induzione magnetica. Abbiamo già detto che Fl non influenza la velocità, ma cambia solo la direzione del moto delle particelle. Allora la forza di Lorentz avrà un effetto centripeto. Ciò si riflette nella figura sottostante.

Applicazione

Di tutte le sfere in cui viene utilizzata la forza di Lorentz, una delle più grandi è il movimento delle particelle nel campo magnetico terrestre. Se consideriamo il nostro pianeta come un grande magnete, le particelle che si trovano vicino ai poli magnetici nord compiono un movimento a spirale accelerato. Di conseguenza, si scontrano con gli atomi dell'atmosfera superiore e vediamo l'aurora boreale.

Tuttavia, ci sono altri casi in cui questo fenomeno si applica. Per esempio:

• Tubi a raggi catodici. Nei loro sistemi di deflessione elettromagnetica. I CRT sono stati utilizzati per più di 50 anni consecutivi in ​​dispositivi che vanno dal più semplice oscilloscopio ai televisori di tutte le forme e dimensioni. È curioso che per quanto riguarda la riproduzione dei colori e il lavoro con la grafica, alcuni utilizzino ancora i monitor CRT.
• Macchine elettriche - generatori e motori. Anche se qui è più probabile che la forza di Ampere agisca. Ma queste quantità possono essere considerate contigue. Tuttavia, si tratta di dispositivi complessi durante il funzionamento dei quali si osserva l'influenza di molti fenomeni fisici.
• Negli acceleratori di particelle cariche, per impostare le loro orbite e direzioni.

Conclusione

Riassumiamo e delineiamo in termini semplici le quattro tesi principali di questo articolo:

1. La forza di Lorentz agisce su particelle cariche che si muovono in un campo magnetico. Questo segue dalla formula di base.
2. È direttamente proporzionale alla velocità di una particella carica e all'induzione magnetica.
3. Non influisce sulla velocità delle particelle.
4. Influenza la direzione della particella.

Il suo ruolo è piuttosto ampio nelle aree "elettriche". Lo specialista non dovrebbe perdere di vista le informazioni teoriche di base sulle leggi fondamentali della fisica. Questa conoscenza sarà utile, così come coloro che sono impegnati nel lavoro scientifico, nel design e semplicemente per lo sviluppo generale.

Infine, consigliamo di guardare video utili per consolidare il materiale studiato:

Ora sai cos'è la forza di Lorentz, a cosa è uguale e come agisce sulle particelle cariche. Se hai domande, chiedile nei commenti sotto l'articolo!

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