Основен наука

Лоренц сила физика

Лоренц сила физика
Лоренц сила физика

Видео: Урок 276. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле 2024, Септември

Видео: Урок 276. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле 2024, Септември
Anonim

Лоренц сила, силата, упражнявана върху зарежда р на частиците се движат със скорост V чрез електрически Е и магнитно поле B. Цялата електромагнитна сила F върху заредената частица се нарича Лоренц сила (след холандски физик Хендрик A. Лоренц) и се дава с F = Q E + р о х B.

Първият термин се допринася от електрическото поле. Вторият термин е магнитната сила и има посока, перпендикулярна както на скоростта, така и на магнитното поле. Магнитната сила е пропорционална р и големината на вектор напречно продукт о х B. По отношение на ъгъла ϕ между v и B, величината на силата е равна на qvB sin ϕ. Интересен резултат от силата на Лоренц е движението на заредена частица в еднородно магнитно поле. Ако v е перпендикулярно на B (т.е. с ъгъла ϕ между v и Bот 90 °), частицата ще следва кръгова траектория с радиус r = mv / qB. Ако ъгълът ϕ е по-малък от 90 °, орбитата на частиците ще бъде спирала с ос, успоредна на полевите линии. Ако ϕ е нула, върху частицата няма да има магнитна сила, която ще продължи да се движи неопределена по линиите на полето. Ускорителите на заредени частици като циклотроните използват факта, че частиците се движат по кръгова орбита, когато v и B са под прав ъгъл. За всяко въртене внимателно отчетено електрическо поле дава на частиците допълнителна кинетична енергия, което ги кара да пътуват във все по-големи орбити. Когато частиците са придобили желаната енергия, те се извличат и използват по много различни начини - от фундаментални изследвания на свойствата на материята до медицинското лечение на рака.

Магнитната сила върху подвижен заряд разкрива знака на носителите на заряд в проводник. Ток, протичащ отдясно на ляво в проводник, може да бъде резултат от преместване на положителни заряди от дясно на ляво или отрицателни заряди, движещи се отляво надясно, или някаква комбинация от всеки. Когато проводник е поставен в поле В, перпендикулярно на тока, магнитната сила върху двата типа носители на заряд е в една и съща посока. Тази сила поражда малка потенциална разлика между страните на проводника. Известен като ефект на Хол, този феномен (открит от американския физик Едвин Х. Хол) се получава, когато електрическо поле се изравнява с посоката на магнитната сила. Ефектът на Хол показва, че електроните доминират в проводимостта на електричеството в медта. В цинка, обаче, проводимостта е доминирана от движението на носители на положителен заряд. Електрони в цинк, които се вълнуват от валентната зона, оставят дупки, които са свободни места (т.е. незапълнени нива), които се държат като носители на положителни заряди. Движението на тези дупки представлява по-голямата част от електропровода в цинк.

Ако проводник с ток i бъде поставен във външно магнитно поле B, как ще зависи силата върху жицата от ориентацията на проводника? Тъй като ток представлява движение на заряди в проводника, силата на Лоренц действа върху движещите се заряди. Тъй като тези заряди са свързани към проводника, магнитните сили върху движещите се заряди се прехвърлят към жицата. Силата върху малка дължина d l на жицата зависи от ориентацията на жицата по отношение на полето. Големината на силата се дава от id lB sin ϕ, където ϕ е ъгълът между B и d l. Няма сила, когато ϕ = 0 или 180 °, и двете от които съответстват на ток по посока, успоредна на полето. Силата е на максимум, когато токът и полето са перпендикулярни един на друг. Силата се прилага BYD F = Id л х B.

Отново, вектор напречно продукт означава посока, перпендикулярна на двете г л и B.