Lorentz kraft: formel, definition och riktning

Definition

När elektroner rör sig längs en ledare uppstår ett magnetfält runt den. Samtidigt, om du placerar en ledare i ett tvärgående magnetfält och flyttar den, kommer en EMF av elektromagnetisk induktion att uppstå. Om en ström flyter genom en ledare som befinner sig i ett magnetfält, verkar Amperekraften på den.

Dess värde beror på den strömmande strömmen, ledarens längd, storleken på den magnetiska induktionsvektorn och sinus för vinkeln mellan linjerna i magnetfältet och ledaren. De beräknas med formeln:

Den betraktade kraften liknar delvis den som betraktas ovan, men verkar inte på en ledare, utan på en laddad partikel i rörelse i ett magnetfält. Formeln är:

Viktig! Lorentzkraften (Fl) verkar på en elektron som rör sig i ett magnetfält och på en ledare - Ampere.

Av de två formlerna kan man se att i det första och andra fallet, ju närmare sinus för vinkeln alfa är 90 grader, desto större effekt på ledaren eller laddningen Fа respektive Fl.

Så, Lorentz-kraften karakteriserar inte förändringen i storleken på hastigheten, utan effekten av magnetfältet på en laddad elektron eller positiv jon. När de utsätts för dem utför Fl inte arbete. Följaktligen är det riktningen för rörelsehastigheten för den laddade partikeln som ändras, och inte dess värde.

När det gäller måttenheten för Lorentz-kraften, som i fallet med andra krafter inom fysiken, används en kvantitet som Newton. Dess komponenter:

Hur styrs Lorentz-styrkan

För att bestämma riktningen för Lorentz-kraften, som med Ampere-kraften, fungerar vänsterhandsregeln. Detta betyder, för att förstå vart värdet av Fl är riktat, måste du öppna din vänstra hand så att handen gick in i linjerna för magnetisk induktion, och de förlängda fyra fingrarna visade vektorns riktning fart. Sedan indikerar tummen, böjd i rät vinkel mot handflatan, riktningen för Lorentz-kraften. På bilden nedan kan du se hur du bestämmer riktningen.

Uppmärksamhet! Riktningen för den Lorentziska verkan är vinkelrät mot partikelns rörelse och linjerna för magnetisk induktion.

I det här fallet, för att vara mer exakt, för positivt och negativt laddade partiklar, spelar riktningen för de fyra utsträckta fingrarna roll. Ovanstående vänsterregel är formulerad för en positiv partikel. Om den är negativt laddad, bör linjerna för magnetisk induktion riktas inte mot den öppna handflatan, utan mot dess baksida, och riktningen för vektorn Fl kommer att vara motsatt.

Nu ska vi i enkla ord berätta vad detta fenomen ger oss och vilken verklig effekt det har på anklagelserna. Låt oss anta att elektronen rör sig i ett plan vinkelrätt mot riktningen för magnetinduktionslinjerna. Vi har redan nämnt att Fl inte påverkar hastigheten, utan bara ändrar partiklarnas rörelseriktning. Då kommer Lorentzkraften att ha en centripetal effekt. Detta återspeglas i figuren nedan.

Ansökan

Av alla sfärer där Lorentz-kraften används är en av de största rörelsen av partiklar i jordens magnetfält. Om vi ​​betraktar vår planet som en stor magnet, gör partiklarna som är nära de nordliga magnetiska polerna en accelererad spiralrörelse. Som ett resultat kolliderar de med atomer från den övre atmosfären, och vi ser norrsken.

Det finns dock andra fall där detta fenomen gäller. Till exempel:

• Katodstrålerör. I deras elektromagnetiska avböjningssystem. CRT har använts i mer än 50 år i rad i enheter som sträcker sig från det enklaste oscilloskopet till tv-apparater av alla former och storlekar. Det är konstigt att när det gäller färgåtergivning och arbete med grafik, använder vissa fortfarande CRT-skärmar.
• Elektriska maskiner - generatorer och motorer. Även om kraften i Ampere är mer sannolikt att agera här. Men dessa kvantiteter kan betraktas som sammanhängande. Dessa är emellertid komplexa enheter under driften av vilka påverkan av många fysiska fenomen observeras.
• I laddade partikelacceleratorer, för att ställa in deras banor och riktningar.

Slutsats

Låt oss sammanfatta och skissera de fyra huvudteserna i denna artikel i enkla termer:

1. Lorentzkraften verkar på laddade partiklar som rör sig i ett magnetfält. Detta följer av grundformeln.
2. Den är direkt proportionell mot hastigheten hos en laddad partikel och magnetisk induktion.
3. Påverkar inte partikelhastigheten.
4. Påverkar partikelns riktning.

Dess roll är ganska stor inom de "elektriska" områdena. Specialisten bör inte tappa den grundläggande teoretiska informationen om fysikens grundläggande lagar ur sikte. Denna kunskap kommer att vara användbar, såväl som de som är engagerade i vetenskapligt arbete, design och helt enkelt för allmän utveckling.

Slutligen rekommenderar vi att du tittar på användbara videor för att konsolidera det studerade materialet:

Nu vet du vad Lorentz-kraften är, vad den är lika med och hur den verkar på laddade partiklar. Om du har några frågor, ställ dem i kommentarerna under artikeln!

Relaterat material:

• Gimlets regel i enkla ord
• Vad är elektrisk laddning
• Hur man konverterar ampere till kilowatt
• Transient kontaktmotstånd