כוח לורנץ: נוסחה, הגדרה וכיוון

הַגדָרָה

כאשר אלקטרונים נעים לאורך מוליך, נוצר סביבו שדה מגנטי. יחד עם זאת, אם תציב מוליך בשדה מגנטי רוחבי ותזיז אותו, תיווצר EMF של אינדוקציה אלקטרומגנטית. אם זרם זורם דרך מוליך שנמצא בשדה מגנטי, כוח האמפר פועל עליו.

ערכו תלוי בזרם הזורם, באורך המוליך, בגודל וקטור האינדוקציה המגנטי ובסינוס של הזווית בין קווי השדה המגנטי לבין המוליך. הם מחושבים לפי הנוסחה:

הכוח הנחשב דומה בחלקו לזה שנחשב לעיל, אך אינו פועל על מוליך, אלא על חלקיק טעון נע בשדה מגנטי. הנוסחה היא:

חָשׁוּב! כוח לורנץ (Fl) פועל על אלקטרון שנע בשדה מגנטי, ועל מוליך - אמפר.

משתי הנוסחאות ניתן לראות שבמקרה הראשון והשני, ככל שהסינוס של הזווית אלפא קרוב יותר ל-90 מעלות, כך ההשפעה על המוליך או המטען Fа או Fl גדלה בהתאמה.

אז כוח לורנץ אינו מאפיין את השינוי בגודל המהירות, אלא את השפעת השדה המגנטי על אלקטרון טעון או יון חיובי. כאשר נחשפת אליהם, Fl לא מבצעת עבודה. בהתאם לכך, כיוון מהירות התנועה של החלקיק הטעון הוא שמשתנה, ולא ערכו.

לגבי יחידת המדידה של כוח לורנץ, כמו במקרה של כוחות אחרים בפיזיקה, משתמשים בכמות כמו ניוטון. מרכיביו:

איך מכוון כוח לורנץ

כדי לקבוע את כיוון כוח לורנץ, כמו בכוח האמפר, כלל יד שמאל פועל. זה אומר, כדי להבין לאן מופנה הערך של Fl, אתה צריך לפתוח את כף יד שמאל כך שב היד נכנסה לקווי האינדוקציה המגנטית, וארבע האצבעות המורחבות ציינו את כיוון הווקטור מְהִירוּת. ואז האגודל, כפוף בזווית ישרה לכף היד, מציין את כיוון כוח לורנץ. בתמונה למטה, אתה יכול לראות כיצד לקבוע את הכיוון.

תשומת הלב! כיוון פעולת לורנץ מאונך לתנועת החלקיק וקווי האינדוקציה המגנטית.

במקרה זה, ליתר דיוק, עבור חלקיקים בעלי מטען חיובי ושלילי, יש חשיבות לכיוון ארבע האצבעות המורחבות. כלל יד שמאל לעיל מנוסח עבור חלקיק חיובי. אם הוא טעון שלילי, אז קווי האינדוקציה המגנטית צריכים להיות מכוונים לא לכיוון כף היד הפתוחה, אלא לכיוון הגב שלה, והכיוון של הווקטור Fl יהיה הפוך.

כעת נספר במילים פשוטות מה מעניקה לנו התופעה הזו ואיזו השפעה אמיתית יש לה על המטענים. הבה נניח שהאלקטרון נע במישור המאונך לכיוון קווי האינדוקציה המגנטית. כבר הזכרנו ש-Fl לא משפיע על המהירות, אלא רק משנה את כיוון התנועה של החלקיקים. אז לכוח לורנץ תהיה השפעה צנטריפטית. זה בא לידי ביטוי באיור למטה.

יישום

מכל הכדורים שבהם נעשה שימוש בכוח לורנץ, אחד הגדולים הוא תנועת החלקיקים בשדה המגנטי של כדור הארץ. אם ניקח בחשבון את כוכב הלכת שלנו כמגנט גדול, אז החלקיקים שנמצאים ליד הקטבים המגנטיים הצפוניים עושים תנועה ספירלית מואצת. כתוצאה מכך הם מתנגשים באטומים מהאטמוספרה העליונה, ואנו רואים את הזוהר הצפוני.

עם זאת, ישנם מקרים נוספים שבהם תופעה זו חלה. לדוגמה:

• צינורות קרן קתודית. במערכות ההסטה האלקטרומגנטית שלהם. משתמשים ב-CRT כבר יותר מ-50 שנה ברציפות במכשירים החל מהאוסילוסקופ הפשוט ביותר ועד לטלוויזיות מכל הצורות והגדלים. זה מוזר שבעניינים של עיבוד צבע ועבודה עם גרפיקה, חלקם עדיין משתמשים במסכי CRT.
• מכונות חשמל - גנרטורים ומנועים. למרות שכאן סביר יותר שהכוח של אמפר יפעל. אבל כמויות אלה יכולות להיחשב כרצופות. עם זאת, מדובר במכשירים מורכבים שבמהלך פעולתם נצפית השפעתן של תופעות פיזיקליות רבות.
• במאיצי חלקיקים טעונים, על מנת לקבוע את מסלוליהם וכיווניהם.

סיכום

בואו נסכם ונתאר את ארבע התזות העיקריות של מאמר זה במילים פשוטות:

1. כוח לורנץ פועל על חלקיקים טעונים הנעים בשדה מגנטי. זה נובע מהנוסחה הבסיסית.
2. זה עומד ביחס ישר למהירות של חלקיק טעון ואינדוקציה מגנטית.
3. אינו משפיע על מהירות החלקיקים.
4. משפיע על כיוון החלקיק.

תפקידה די גדול בתחומי ה"חשמל". המומחה לא צריך לאבד מעיניו את המידע התיאורטי הבסיסי על חוקי היסוד של הפיזיקה. ידע זה יהיה שימושי, כמו גם אלה העוסקים בעבודה מדעית, עיצוב ופשוט לפיתוח כללי.

לבסוף, אנו ממליצים לצפות בסרטונים שימושיים לאיחוד החומר הנלמד:

עכשיו אתה יודע מהו כוח לורנץ, למה הוא שווה וכיצד הוא פועל על חלקיקים טעונים. אם יש לך שאלות, שאל אותן בתגובות מתחת למאמר!

חומרים קשורים:

• כלל הגימלט במילים פשוטות
• מהו מטען חשמלי
• כיצד להמיר אמפר לקילוואט
• התנגדות חולפת למגע