Zadowolony:
- Definicja
- Jak kierowana jest siła Lorentza
- Podanie
- Wniosek
Definicja
Kiedy elektrony poruszają się wzdłuż przewodnika, wokół niego powstaje 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 Ampera.
Jego wartość zależy od przepływającego prądu, długości przewodnika, wielkości wektora indukcji magnetycznej oraz sinusa kąta między liniami pola magnetycznego i przewodnikiem. Oblicza się je według wzoru:
Rozważana siła jest częściowo podobna do tej omówionej powyżej, ale działa nie na przewodnik, ale na poruszającą się naładowaną cząsteczkę w polu magnetycznym. Formuła to:
Ważny! Siła Lorentza (Fl) działa na elektron poruszający się w polu magnetycznym oraz na przewodnik - Amper.
Z dwóch wzorów widać, że w pierwszym i drugim przypadku im bliższy sinus kąta alfa jest do 90 stopni, tym większy wpływ na przewodnik lub ładunek odpowiednio Fа lub Fl.
Tak więc siła Lorentza nie charakteryzuje zmiany wielkości prędkości, ale wpływ pola magnetycznego na naładowany elektron lub jon dodatni. W kontakcie z nimi Fl nie wykonuje pracy. W związku z tym zmienia się kierunek prędkości ruchu naładowanej cząstki, a nie jej wartość.
Jeśli chodzi o jednostkę miary siły Lorentza, podobnie jak w przypadku innych sił w fizyce, stosuje się taką wielkość jak Newton. Jego składniki:
Jak kierowana jest siła Lorentza
Aby określić kierunek siły Lorentza, podobnie jak w przypadku siły Ampera, działa zasada lewej ręki. Oznacza to, że aby zrozumieć, dokąd skierowana jest wartość Fl, musisz otworzyć dłoń lewej ręki, aby w ręka weszła w linie indukcji magnetycznej, a wyciągnięte cztery palce wskazały kierunek wektora prędkość. Następnie kciuk zgięty pod kątem prostym do dłoni wskazuje kierunek działania siły Lorentza. Na poniższym obrazku możesz zobaczyć, jak określić kierunek.
Uwaga! Kierunek działania Lorentza jest prostopadły do ruchu cząstki i linii indukcji magnetycznej.
W tym przypadku, aby być bardziej precyzyjnym, dla cząstek naładowanych dodatnio i ujemnie, kierunek czterech wysuniętych palców ma znaczenie. Powyższa reguła lewej ręki jest sformułowana dla cząstki dodatniej. Jeśli jest naładowany ujemnie, to linie indukcji magnetycznej powinny być skierowane nie w stronę otwartej dłoni, ale w jej tył, a kierunek wektora Fl będzie przeciwny.
Teraz powiemy prostymi słowami, co daje nam to zjawisko i jaki realny wpływ ma na ładunki. Załóżmy, że elektron porusza się w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku linii indukcji magnetycznej. Wspomnieliśmy już, że Fl nie wpływa na prędkość, a jedynie zmienia kierunek ruchu cząstek. Wtedy siła Lorentza będzie miała efekt dośrodkowy. Znajduje to odzwierciedlenie na poniższym rysunku.
Podanie
Ze wszystkich sfer, w których używana jest siła Lorentza, jedną z największych jest ruch cząstek w ziemskim polu magnetycznym. Jeśli weźmiemy pod uwagę naszą planetę jako duży magnes, to cząstki znajdujące się w pobliżu północnych biegunów magnetycznych wykonują przyspieszony ruch spiralny. W rezultacie zderzają się z atomami z wyższych warstw atmosfery i widzimy zorzę polarną.
Istnieją jednak inne przypadki, w których zjawisko to ma zastosowanie. Na przykład:
- Lampy katodowe. W ich elektromagnetycznych układach odchylania. CRT są używane od ponad 50 lat z rzędu w urządzeniach, od najprostszych oscyloskopów po telewizory o różnych kształtach i rozmiarach. Ciekawe, że w kwestiach reprodukcji kolorów i pracy z grafiką niektórzy nadal korzystają z monitorów CRT.
- Maszyny elektryczne - generatory i silniki. Chociaż tutaj siła Ampere jest bardziej prawdopodobna. Ale te ilości można uznać za ciągłe. Są to jednak złożone urządzenia, podczas których działania obserwuje się wpływ wielu zjawisk fizycznych.
- W akceleratorach cząstek naładowanych, aby ustalić ich orbity i kierunki.
Wniosek
Podsumujmy i nakreślmy w prostych słowach cztery główne tezy tego artykułu:
- Siła Lorentza działa na naładowane cząstki poruszające się w polu magnetycznym. Wynika to z podstawowej formuły.
- Jest wprost proporcjonalna do prędkości naładowanej cząstki i indukcji magnetycznej.
- Nie wpływa na prędkość cząstek.
- Wpływa na kierunek cząstki.
Jego rola jest dość duża w obszarach „elektrycznych”. Specjalista nie powinien tracić z pola widzenia podstawowych informacji teoretycznych o podstawowych prawach fizyki. Ta wiedza przyda się, a także tym, którzy zajmują się pracą naukową, projektowaniem i po prostu ogólnym rozwojem.
Na koniec zalecamy obejrzenie przydatnych filmów wideo, aby skonsolidować badany materiał:
Teraz wiesz, czym jest siła Lorentza, czym jest równa i jak działa na naładowane cząstki. Jeśli masz jakieś pytania, zadaj je w komentarzach pod artykułem!
Powiązane materiały:
- Zasada świderka w prostych słowach
- Co to jest ładunek elektryczny?
- Jak przekonwertować ampery na kilowaty
- Przejściowa rezystancja styku