Силата на Лоренц е клон на физиката. Сила на Лоренц в магнитно поле

Основни закони на динамиката. Законите на Нютон - първи, втори, трети. Принципът на относителността на Галилей. Законът за всемирното притегляне. Земно притегляне. Сили на еластичност. Теглото. Сили на триене - покой, плъзгане, търкаляне + триене в течности и газове.

Кинематика. Основни понятия. Равномерно праволинейно движение. Равномерно движение. Равномерно кръгово движение. Референтна система. Траектория, преместване, път, уравнение на движение, скорост, ускорение, връзка между линейна и ъглова скорост.

прости механизми. Лост (лост от първи вид и лост от втори вид). Блок (фиксиран блок и подвижен блок). Наклонена равнина. Хидравлична преса. Златното правило на механиката

Закони за запазване в механиката. Механична работа, мощност, енергия, закон за запазване на импулса, закон за запазване на енергията, равновесие на твърдите тела

Кръгово движение. Уравнение на движение в кръг. Ъглова скорост. Нормално = центростремително ускорение. Период, честота на циркулация (въртене). Връзка между линейна и ъглова скорост

Механични вибрации. Свободни и принудителни вибрации. Хармонични вибрации. Еластични трептения. Математическо махало. Енергийни трансформации по време на хармонични вибрации

механични вълни. Скорост и дължина на вълната. Уравнение на пътуваща вълна. Вълнови явления (дифракция, интерференция...)

Хидромеханика и аеромеханика. Налягане, хидростатично налягане. Законът на Паскал. Основно уравнение на хидростатиката. Комуникационни съдове. Закон на Архимед. Условия за плаване тел. Поток на течност. Законът на Бернули. Формула на Торичели

Молекулярна физика. Основни положения на ИКТ. Основни понятия и формули. Свойства на идеалния газ. Основно уравнение на MKT. температура. Уравнението на състоянието за идеален газ. Уравнение на Менделеев-Клайперон. Газови закони – изотерма, изобара, изохора

Вълнова оптика. Корпускулярно-вълнова теория на светлината. Вълнови свойства на светлината. дисперсия на светлината. Светлинни смущения. Принцип на Хюйгенс-Френел. Дифракция на светлината. Поляризация на светлината

Термодинамика. Вътрешна енергия. работа. Количество топлина. Топлинни явления. Първият закон на термодинамиката. Прилагане на първия закон на термодинамиката към различни процеси. Уравнение на топлинния баланс. Вторият закон на термодинамиката. Топлинни двигатели

Електростатика. Основни понятия. Електрически заряд. Законът за запазване на електрическия заряд. Законът на Кулон. Принципът на суперпозицията. Теорията на близкото действие. Потенциал на електрическо поле. кондензатор.

Постоянен електрически ток. Законът на Ом за секция на веригата. Работа и DC захранване. Закон на Джоул-Ленц. Законът на Ом за пълна верига. Законът на Фарадей за електролизата. Електрически вериги - серийно и паралелно свързване. Правилата на Кирхоф.

Електромагнитни вибрации. Свободни и принудителни електромагнитни трептения. Осцилаторна верига. Променлив електрически ток. Кондензатор в AC верига. Индуктор ("соленоид") във верига с променлив ток.

Електромагнитни вълни. Концепцията за електромагнитна вълна. Свойства на електромагнитните вълни. вълнови явления

Вие сте тук сега:Магнитно поле. Вектор на магнитна индукция. Правилото на гиллета. Законът на Ампер и силата на Ампер. Сила на Лоренц. Правило на лявата ръка. Електромагнитна индукция, магнитен поток, правило на Ленц, закон за електромагнитната индукция, самоиндукция, енергия на магнитното поле

Квантовата физика. Хипотезата на Планк. Феноменът на фотоелектричния ефект. уравнението на Айнщайн. Фотони. Квантовите постулати на Бор.

Елементи на теорията на относителността. Постулати на теорията на относителността. Относителност на едновременност, разстояния, времеви интервали. Релативистичен закон за събиране на скорости. Зависимостта на масата от скоростта. Основният закон на релативистката динамика...

Грешки при директни и косвени измервания. Абсолютна, относителна грешка. Системни и случайни грешки. Стандартно отклонение (грешка). Таблица за определяне на грешките на непреките измервания на различни функции.

« Физика - 11 клас

Магнитното поле действа със сила върху движещи се заредени частици, включително проводници с ток.
Каква е силата, действаща върху една частица?

1.
Силата, упражнявана върху движеща се заредена частица от магнитно поле, се нарича Сила на Лоренцв чест на великия холандски физик X. Лоренц, създал електронната теория за структурата на материята.
Силата на Лоренц може да бъде намерена чрез закона на Ампер.

Модул на силата на Лоренце равно на съотношението на модула на силата F, действащ върху участък от проводника с дължина Δl, към броя N заредени частици, движещи се подредено в този участък на проводника:

Тъй като силата (силата на Ампер), действаща върху сечението на проводника от магнитното поле
е равно на F=| аз | BΔl sin α,
а токът в проводника е I = qnvS
където
q - заряд на частиците
n е концентрацията на частиците (т.е. броят на зарядите на единица обем)
v - скорост на частиците
S е напречното сечение на проводника.

Тогава получаваме:
Всеки движещ се заряд се влияе от магнитното поле Сила на Лоренцравна на:

където α е ъгълът между вектора на скоростта и вектора на магнитната индукция.

Силата на Лоренц е перпендикулярна на векторите и .

2.
Посока на силата на Лоренц

Посоката на силата на Лоренц се определя с помощта на същата правила за лявата ръка, което е посоката на силата на Ампер:

Ако лявата ръка е разположена така, че компонентът на магнитната индукция, перпендикулярен на скоростта на заряда, навлиза в дланта и четири изпънати пръста са насочени по протежение на движението на положителния заряд (срещу движението на отрицателния), тогава палецът се свива с 90 ° ще покаже посоката на силата на Лоренц, действаща върху заряда F l

3.
Ако в пространството, където се движи заредената частица, има както електрическо поле, така и магнитно поле, тогава общата сила, действаща върху заряда, е равна на: = el + l, където силата, с която електрическото поле действа върху заряда q е равно на F el = q .

4.
Силата на Лоренц не работи, защото тя е перпендикулярна на вектора на скоростта на частицата.
Това означава, че силата на Лоренц не променя кинетичната енергия на частицата и следователно модула на нейната скорост.
Под действието на силата на Лоренц се променя само посоката на скоростта на частицата.

5.
Движение на заредена частица в еднородно магнитно поле

Има хомогеннамагнитно поле, насочено перпендикулярно на началната скорост на частицата.

Силата на Лоренц зависи от модулите на векторите на скоростта на частиците и индукцията на магнитното поле.
Магнитното поле не променя модула на скоростта на движеща се частица, което означава, че модулът на силата на Лоренц остава непроменен.
Силата на Лоренц е перпендикулярна на скоростта и следователно определя центростремителното ускорение на частицата.
Инвариантността на модула на центростремителното ускорение на частица, движеща се с постоянна модулна скорост, означава, че

В еднородно магнитно поле заредена частица се движи равномерно по окръжност с радиус r.

Според втория закон на Нютон

Тогава радиусът на окръжността, по която се движи частицата, е равен на:

Времето, необходимо на една частица да направи пълен оборот (орбитален период) е:

6.
Използване на действието на магнитно поле върху движещ се заряд.

Действието на магнитно поле върху движещ се заряд се използва в телевизионни кинескопски тръби, в които електроните, летящи към екрана, се отклоняват от магнитно поле, създадено от специални намотки.

Силата на Лоренц се използва в циклотронния ускорител на заредени частици за производство на частици с висока енергия.

Устройството на масспектрографите също се основава на действието на магнитно поле, което позволява точното определяне на масите на частиците.

Наред със силата на Ампер, кулоновото взаимодействие, електромагнитните полета, концепцията за силата на Лоренц често се среща във физиката. Това явление е едно от основните в електротехниката и електрониката, заедно с и др. Той действа върху заряди, които се движат в магнитно поле. В тази статия ще разгледаме накратко и ясно какво представлява силата на Лоренц и къде се прилага.

Определение

Когато електроните се движат през проводник, около него се развива магнитно поле. В същото време, ако поставите проводника в напречно магнитно поле и го преместите, ще възникне ЕМП на електромагнитна индукция. Ако през проводник, който е в магнитно поле, протича ток, върху него действа силата на Ампер.

Стойността му зависи от протичащия ток, дължината на проводника, големината на вектора на магнитната индукция и синуса на ъгъла между линиите на магнитното поле и проводника. Изчислява се по формулата:

Разглежданата сила е донякъде подобна на тази, обсъдена по-горе, но не действа върху проводник, а върху движеща се заредена частица в магнитно поле. Формулата изглежда така:

Важно!Силата на Лоренц (Fl) действа върху електрон, движещ се в магнитно поле, а Ампер действа върху проводник.

От двете формули се вижда, че и в първия, и във втория случай, колкото по-близо е синусът на ъгъла алфа до 90 градуса, толкова по-голям е ефектът Fa или Fl съответно върху проводника или заряда.

И така, силата на Лоренц не характеризира промяната в големината на скоростта, а какъв вид влияние възниква от страната на магнитното поле върху зареден електрон или положителен йон. Когато е изложен на тях, Fl не работи. Съответно посоката на скоростта на заредената частица се променя, а не нейната величина.

Що се отнася до мерната единица на силата на Лоренц, както и в случая на други сили във физиката, се използва такова количество като Нютон. Неговите компоненти:

Как е насочена силата на Лоренц?

За да се определи посоката на силата на Лоренц, както при силата на Ампер, действа правилото на лявата ръка. Това означава, че за да разберете къде е насочена стойността на Fl, трябва да отворите дланта на лявата си ръка, така че линиите на магнитна индукция да влязат в ръката, а разперените четири пръста показват посоката на вектора на скоростта. Тогава палецът, огънат под прав ъгъл спрямо дланта, показва посоката на силата на Лоренц. На снимката по-долу виждате как да определите посоката.

Внимание!Посоката на действието на Лоренц е перпендикулярна на движението на частицата и линиите на магнитна индукция.

В този случай, за да бъдем по-точни, за положително и отрицателно заредени частици е от значение посоката на четирите изпънати пръста. Описаното по-горе правило на лявата ръка е формулирано за положителна частица. Ако е отрицателно зареден, тогава линиите на магнитна индукция трябва да бъдат насочени не към отворената длан, а към задната й страна, а посоката на вектора Fl ще бъде противоположна.

Сега ще кажем с прости думи какво ни дава това явление и какъв реален ефект има върху зарядите. Да приемем, че един електрон се движи в равнина, перпендикулярна на посоката на линиите на магнитна индукция. Вече споменахме, че Fl не влияе на скоростта, а само променя посоката на движение на частиците. Тогава силата на Лоренц ще има центростремителен ефект. Това е отразено на фигурата по-долу.

Приложение

От всички области, където се използва силата на Лоренц, една от най-големите е движението на частиците в земното магнитно поле. Ако разглеждаме нашата планета като голям магнит, тогава частиците, които са близо до северните магнитни полюси, извършват ускорено движение по спирала. В резултат на това те се сблъскват с атоми от горните слоеве на атмосферата и виждаме северното сияние.

Има обаче и други случаи, когато това явление се прилага. Например:

катодно-лъчеви тръби. В техните електромагнитни отклоняващи системи. CRT се използват повече от 50 години в различни устройства, вариращи от най-простия осцилоскоп до телевизори с различни форми и размери. Любопитно е, че по отношение на цветното възпроизвеждане и работата с графики някои все още използват CRT монитори.
Електрически машини - генератори и двигатели. Въпреки че силата на Ампер е по-вероятно да действа тук. Но тези количества могат да се считат за съседни. Това обаче са сложни устройства, по време на чиято работа се наблюдава влиянието на много физически явления.
В ускорители на заредени частици с цел определяне на техните орбити и посоки.

Заключение

За да обобщим и очертаем четирите основни тези на тази статия с прости думи:

Силата на Лоренц действа върху заредени частици, които се движат в магнитно поле. Това следва от основната формула.
Тя е право пропорционална на скоростта на заредената частица и магнитната индукция.
Не влияе на скоростта на частиците.
Влияе върху посоката на частицата.

Ролята му е доста голяма в "електрическите" области. Специалистът не трябва да губи от поглед основната теоретична информация за фундаменталните физични закони. Тези знания ще бъдат полезни, както и за тези, които се занимават с научна работа, проектиране и просто за общо развитие.

Сега знаете какво е силата на Лоренц, на какво е равна и как действа върху заредените частици. Ако имате въпроси, задайте ги в коментарите под статията!

материали

Силата на Лоренц е силата, която действа от страната на електромагнитното поле върху движещ се електрически заряд. Доста често само магнитният компонент на това поле се нарича сила на Лоренц. Формула за определяне:

F = q(E+vB),

където qе зарядът на частиците;Ее силата на електрическото поле;Б— индукция на магнитно поле;vе скоростта на частицата.

Силата на Лоренц е много подобна по принцип, разликата се състои във факта, че последната действа върху целия проводник, който обикновено е електрически неутрален, и силата на Лоренц описва влиянието на електромагнитно полесамо с едно движещо се зареждане.

Характеризира се с това, че не променя скоростта на движение на зарядите, а влияе само върху вектора на скоростта, тоест е в състояние да променя посоката на движение на заредените частици.

В природата силата на Лоренц ви позволява да защитите Земята от въздействието на космическата радиация. Под негово влияние падащите върху планетата заредени частици се отклоняват от прав път поради наличието на магнитното поле на Земята, причинявайки сияния.

В инженерството силата на Лоренц се използва много често: във всички двигатели и генератори тя е тази, която задвижва роторапод въздействието на електромагнитното поле на статора.

По този начин, във всички електрически двигатели и електрически задвижвания, силата на Лоренц е основният вид сила. Освен това се използва в ускорителите на частици, както и в електронните оръдия, които преди това са били инсталирани в тръбните телевизори. В кинескоп електроните, излъчвани от пистолета, се отклоняват под въздействието на електромагнитно поле, което се случва с участието на силата на Лоренц.

В допълнение, тази сила се използва в масспектрометрията и масовата електрография за инструменти, способни да сортират заредени частици въз основа на техния специфичен заряд (съотношението на заряда към масата на частиците). Това дава възможност да се определи масата на частиците с висока точност. Той намира приложение и в други инструменти, например в безконтактен метод за измерване на потока на електропроводими течни среди (разходомери). Това е много важно, ако течната среда има много висока температура (стопяване на метали, стъкло и др.).

Холандският физик X. A. Лоренц в края на 19 век. установи, че силата, действаща от магнитното поле върху движеща се заредена частица, винаги е перпендикулярна на посоката на движение на частицата и силовите линии на магнитното поле, в което се движи тази частица. Посоката на силата на Лоренц може да се определи с помощта на правилото на лявата ръка. Ако поставите дланта на лявата си ръка така, че четири изпънати пръста да показват посоката на движение на заряда, а векторът на магнитната индукция на полето навлезе в прибрания палец, той ще посочи посоката на силата на Лоренц, действаща върху положителен заряд.

Ако зарядът на частицата е отрицателен, тогава силата на Лоренц ще бъде насочена в обратна посока.

Модулът на силата на Лоренц се определя лесно от закона на Ампер и е:

Ф = | q| vB грях?,

където qе зарядът на частицата, v- скоростта на неговото движение, ? - ъгълът между векторите на скоростта и индукцията на магнитното поле.

Ако освен магнитното поле има и електрическо поле, което действа върху заряд със сила , тогава общата сила, действаща върху заряда, е:

Често тази сила се нарича сила на Лоренц, а силата, изразена с формулата ( Ф = | q| vB грях?) са наречени магнитната част на силата на Лоренц.

Тъй като силата на Лоренц е перпендикулярна на посоката на движение на частицата, тя не може да промени скоростта си (не върши работа), а може само да промени посоката на движението си, т.е. да извие траекторията.

Такава кривина на траекторията на електроните в телевизионния кинескоп е лесно да се наблюдава, ако донесете постоянен магнит на екрана му - изображението ще бъде изкривено.

Движение на заредена частица в еднородно магнитно поле. Оставете заредена частица да полети със скорост vв еднородно магнитно поле, перпендикулярно на линиите на напрежение.

Силата, упражнявана от магнитното поле върху частицата, ще я накара да се върти равномерно в кръг с радиус r, което е лесно да се намери с помощта на втория закон на Нютон, целевия израз за ускорение и формулата ( Ф = | q| vB грях?):

От тук получаваме

където ме масата на частицата.

Прилагане на силата на Лоренц.

Действието на магнитно поле върху движещи се заряди се използва например в мас спектрографи, които позволяват да се разделят заредените частици според техните специфични заряди, т.е. според съотношението на заряда на частица към нейната маса, и въз основа на получените резултати да се определят точно масите на частиците.

Вакуумната камера на устройството е поставена в поле (индукционният вектор е перпендикулярен на фигурата). Заредени частици (електрони или йони), ускорени от електрическо поле, описвайки дъга, падат върху фотографска плоча, където оставят следа, която позволява да се измери радиуса на траекторията с голяма точност r. Специфичният заряд на йона се определя от този радиус. Познавайки заряда на един йон, можете лесно да изчислите неговата маса.