Lorentzova snaga. Opća načela uređaja
ESEJ
Na predmetu "fizika"
Tema: "Primjena Lorentzove sile"
Izvršio: Student grupe T-10915Logunova M.V.
Učitelj Vorontsov B.S.
Kurgan 2016
Uvod. 3
1. Korištenje Lorentzove sile. četiri
.. 4
1.2 Masena spektrometrija. 6
1. 3 MHD generator. 7
1.4 Ciklotron. 8
Zaključak. jedanaest
Popis korištene literature.. 13
Uvod
Lorentzova sila- sila kojom elektromagnetsko polje, prema klasičnoj (nekvantnoj) elektrodinamici, djeluje na točkastu nabijenu česticu. Ponekad se Lorentzovom silom naziva sila koja djeluje na pokretno vozilo brzinom υ naplatiti q samo sa strane magnetskog polja, često pune snage - sa strane elektromagnetskog polja općenito, drugim riječima, sa strane električnog E i magnetski B polja.
U Međunarodnom sustavu jedinica (SI) izražava se kao:
F L = q υ B grijehα
Ime je dobila po nizozemskom fizičaru Hendriku Lorenzu, koji je 1892. razvio izraz za ovu silu. Tri godine prije Lorentza, točan izraz pronašao je O. Heaviside.
Makroskopska manifestacija Lorentzove sile je Amperova sila.
Korištenje Lorentzove sile
Djelovanje magnetskog polja na pokretne nabijene čestice vrlo je široko korišteno u tehnici.
Glavna primjena Lorentzove sile (točnije njezinog posebnog slučaja - Amperove sile) su električni strojevi (elektromotori i generatori). Lorentzova sila naširoko se koristi u elektroničkim uređajima za djelovanje na nabijene čestice (elektrone i ponekad ione), na primjer, u televiziji katodne cijevi, u masovna spektrometrija i MHD generatori.
Također, u trenutno stvorenim eksperimentalnim objektima za provedbu kontrolirane termonuklearne reakcije, djelovanje magnetskog polja na plazmu koristi se za njeno uvijanje u uže koje ne dodiruje stijenke radne komore. Kretanje nabijenih čestica po kružnici u jednoličnom magnetskom polju i neovisnost perioda takvog gibanja od brzine čestice koriste se u cikličkim akceleratorima nabijenih čestica - ciklotroni.
1. 1. Uređaji s elektronskim snopom
Uređaji s elektronskim snopom (EBD) - klasa vakuumskih elektroničkih uređaja koji koriste struju elektrona koncentriranu u obliku jednog snopa ili snopa snopova, koji su kontrolirani intenzitetom (strujom) i položajem u prostoru, te su u interakciji s fiksni prostorni cilj (zaslon) uređaja. Glavni opseg ELP-a je pretvorba optičkih informacija u električne signale i inverzna pretvorba električnog signala u optički, na primjer, u vidljivu televizijsku sliku.
Razred katodnih uređaja ne uključuje rendgenske cijevi, fotoćelije, fotomultiplikatore, uređaje s izbojem u plinu (dekatrone) i prijemno-pojačivačke elektroničke žarulje (tetrode snopa, električni vakuumski indikatori, žarulje sekundarne emisije i dr.) sa snopom. oblik strujanja.
Uređaj s elektronskim snopom sastoji se od najmanje tri glavna dijela:
· Elektronski reflektor (pištolj) formira elektronski snop (ili snop snopa, npr. tri snopa u kineskopu u boji) i kontrolira njegov intenzitet (struju);
· Sustav otklona kontrolira prostorni položaj snopa (njegovo odstupanje od osi reflektora);
· Cilj (zaslon) prijamnog ELP-a pretvara energiju snopa u svjetlosni tok vidljive slike; cilj odašiljanja ili pohranjivanja ELP-a akumulira reljef prostornog potencijala očitan skenirajućom elektronskom zrakom
| Riža. 1 CRT uređaj |
Opća načela uređaja.
U CRT spremniku stvara se duboki vakuum. Za stvaranje elektronskog snopa koristi se uređaj koji se zove elektronski top. Katoda zagrijana žarnom niti emitira elektrone. Promjenom napona na kontrolnoj elektrodi (modulatoru) možete promijeniti intenzitet elektronske zrake i, sukladno tome, svjetlinu slike. Nakon izlaska iz pištolja, elektrone ubrzava anoda. Zatim, zraka prolazi kroz sustav za otklon, koji može promijeniti smjer zrake. U televizijskim katodnim cijevima koristi se magnetski sustav otklona jer omogućuje velike kutove otklona. U osciloskopskim CRT-ovima koristi se elektrostatički otklonski sustav jer omogućuje brži odziv. Elektronska zraka pogađa ekran presvučen fosforom. Od bombardiranja elektronima, fosfor svijetli i brzo pokretna točka promjenjive svjetline stvara sliku na ekranu.
1.2 Masena spektrometrija
| Riža. 2 |
Djelovanje Lorentzove sile također se koristi u uređajima zvanim maseni spektrografi, koji su dizajnirani za razdvajanje nabijenih čestica prema njihovim specifičnim nabojima.
Masovna spektrometrija(masena spektroskopija, masena spektrografija, spektralna analiza mase, spektrometrijska analiza mase) - metoda za proučavanje tvari koja se temelji na određivanju omjera mase i naboja iona nastalih ionizacijom komponenti uzorka od interesa. Jedna od najmoćnijih metoda za kvalitativnu identifikaciju tvari, koja omogućuje i kvantitativno određivanje. Možemo reći da je masena spektrometrija "vaganje" molekula u uzorku.
Shema najjednostavnijeg masenog spektrografa prikazana je na slici 2.
U komori 1, iz koje se odvodi zrak, nalazi se izvor iona 3. Komora je smještena u jednolično magnetsko polje u čijoj je svakoj točki indukcija B⃗ B → okomita na ravninu crteža i usmjerena prema nama ( na slici 1 ovo polje je označeno kružićima). Između elektroda A i B dovodi se akcelerirajući napon pod čijim se djelovanjem ioni emitirani iz izvora ubrzavaju i ulaze u magnetsko polje određenom brzinom okomito na indukcijske linije. Krećući se u magnetskom polju duž kružnog luka, ioni padaju na fotografsku ploču 2, što omogućuje određivanje polumjera R ovog luka. Poznavajući indukciju magnetskog polja B i brzinu υ iona, prema formuli
može se odrediti specifični naboj iona. A ako je poznat naboj iona, može se izračunati njegova masa.
Povijest masene spektrometrije započinje temeljnim eksperimentima J. J. Thomsona početkom 20. stoljeća. Završetak "-metria" u nazivu metode pojavio se nakon široko rasprostranjenog prijelaza s detekcije nabijenih čestica pomoću fotografskih ploča na električna mjerenja ionskih struja.
Masena spektrometrija se osobito široko koristi u analizi organskih tvari, jer omogućuje pouzdanu identifikaciju i relativno jednostavnih i složenih molekula. Jedini opći zahtjev je da se molekula može ionizirati. Međutim, do sada je bilo
postoji toliko mnogo načina za ioniziranje komponenti uzorka da se spektrometrija mase može smatrati gotovo univerzalnom metodom.
1. 3 MHD generator
Magnetohidrodinamički generator, MHD generator - elektrana u kojoj se energija radnog fluida (tekućeg ili plinovitog elektrovodljivog medija) koji se kreće u magnetskom polju izravno pretvara u električnu energiju.
Princip rada MHD generatora, kao i konvencionalnog strojnog generatora, temelji se na fenomenu elektromagnetske indukcije, odnosno na pojavi struje u vodiču koji prelazi preko silnica magnetskog polja. Za razliku od strojnih generatora, vodič kod MHD generatora je sam radni fluid.
Radno tijelo se giba poprijeko magnetskog polja, a pod djelovanjem magnetskog polja nastaju suprotno usmjereni tokovi nositelja naboja suprotnih predznaka.
Na nabijenu česticu djeluje Lorentzova sila.
Kao radno tijelo MHD generatora mogu poslužiti sljedeći mediji:
· elektroliti;
tekući metali;
plazma (ionizirani plin).
Prvi MHD generatori su kao radni fluid koristili elektrovodljive tekućine (elektrolite). Trenutno se koristi plazma u kojoj su nositelji naboja uglavnom slobodni elektroni i pozitivni ioni. Nositelji naboja pod utjecajem magnetskog polja odstupaju od putanje kojom bi se plin kretao u odsutnosti polja. U tom slučaju u jakom magnetskom polju može nastati Hallovo polje (vidi Hallov efekt) - električno polje nastalo kao rezultat sudara i pomaka nabijenih čestica u ravnini okomitoj na magnetsko polje.
1.4 Ciklotron
Ciklotron je rezonantni ciklički akcelerator nerelativističkih teških nabijenih čestica (protona, iona), u kojem se čestice gibaju u konstantnom i jednoličnom magnetskom polju, a za njihovo ubrzanje koristi se visokofrekventno električno polje konstantne frekvencije.
Shema ciklotronskog uređaja prikazana je na sl.3. Teške nabijene čestice (protoni, ioni) ulaze u komoru iz injektora blizu središta komore i ubrzavaju se izmjeničnim poljem fiksne frekvencije primijenjenim na elektrode za ubrzavanje (ima ih dvije i zovu se dee). Čestice naboja Ze i mase m gibaju se u stalnom magnetskom polju jakosti B, usmjerenom okomito na ravninu gibanja čestice, po spirali koja se odmotava. Polumjer R putanje čestice s brzinom v određen je formulom
gdje je γ = -1/2 relativistički faktor.
U ciklotronu za nerelativističku (γ ≈ 1) česticu u konstantnom i jednoličnom magnetskom polju polumjer orbite proporcionalan je brzini (1), a rotacijska frekvencija nerelativističke čestice (ciklotronska frekvencija ne ovisi o energija čestice
| E = mv 2 /2 = (Ze) 2 B 2 R 2 /(2m) (3) |
U procjepu između čestica, čestice se ubrzavaju pulsirajućim električnim poljem (unutar šupljih metalnih čestica nema električnog polja). Kao rezultat, energija i radijus orbite se povećavaju. Ponavljanjem ubrzanja električnim poljem pri svakom okretaju, energija i polumjer orbite se dovode do maksimalno dopuštenih vrijednosti. U tom slučaju čestice dobivaju brzinu v = ZeBR/m i njoj odgovarajuću energiju:
Na zadnjem zavoju zavojnice uključuje se otklonsko električno polje, izvodeći snop van. Konstantnost magnetskog polja i frekvencija ubrzavajućeg polja omogućuju kontinuirano ubrzanje. Dok se neke čestice kreću duž vanjskih zavoja spirale, druge su na sredini staze, a treće se tek počinju kretati.
Nedostatak ciklotrona je ograničenje suštinski nerelativističkim energijama čestica, budući da čak i ne baš velike relativističke korekcije (odstupanja γ od jedinice) narušavaju sinkronizam ubrzanja na različitim zavojima i čestice sa značajno povećanim energijama više nemaju vremena biti u razmaku između dees u fazi električnog polja potrebnog za ubrzanje . U konvencionalnim ciklotronima protoni se mogu ubrzati do 20-25 MeV.
Za ubrzavanje teških čestica u modusu spirale koja se odmotava do više desetaka puta većih energija (do 1000 MeV) koristi se modifikacija ciklotrona tzv. istokrono(relativistički) ciklotron, kao i fazotron. U izokronim ciklotronima relativistički se učinci kompenziraju radijalnim povećanjem magnetskog polja.
Zaključak
Skriveni tekst
Pisani zaključak (najosnovnije za sve podstavke prvog odjeljka - principi rada, definicije)
Popis korištene literature
1. Wikipedia [Elektronički izvor]: Lorentzova sila. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Lorenz_force
2. Wikipedia [Elektronički izvor]: Magnetohidrodinamički generator. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Magnetohidrodinamički_generator
3. Wikipedia [Elektronički izvor]: Uređaji s elektronskim snopom. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Electron-beam_devices
4. Wikipedia [Elektronički izvor]: Masena spektrometrija. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Masena spektrometrija
5. Nuklearna fizika na Internetu [Elektronička građa]: Cyclotron. URL: http://nuclphys.sinp.msu.ru/experiment/accelerators/ciclotron.htm
6. Elektronički udžbenik fizike [Elektronički izvor]: T. Applications of the Lorentz force // URL: http://www.physbook.ru/index.php/ T._Application_of_Lorentz_force
7. Akademik [Elektronički izvor]: Magnetohidrodinamički generator// URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/MAGNETOHYDRODYNAMIC
©2015-2019 stranica
Sva prava pripadaju njihovim autorima. Ova stranica ne polaže pravo na autorstvo, ali omogućuje besplatnu upotrebu.
Datum izrade stranice: 2017-03-31
U odnosu na sve ostale prste, u istoj ravnini s dlanom.
Zamislite da četiri prsta na dlanu koje držite zajedno pokazuju smjer brzina naboja, ako je pozitivna, ili suprotna od brzine smjer ako naplatiti .
Snaga Lorenz može biti nula i nema vektorsku komponentu. To se događa kada je putanja nabijene čestice paralelna s linijama magnetskog polja. U tom slučaju čestica ima pravocrtnu putanju gibanja i konstantu . Snaga Lorenz ni na koji način ne utječe na gibanje čestice, jer ga u ovom slučaju uopće nema.
U najjednostavnijem slučaju nabijena čestica ima putanju gibanja okomitu na silnice magnetskog polja. Zatim snaga Lorenz stvara centripetalno ubrzanje, tjerajući nabijenu česticu na kružno kretanje.
Bilješka
Lorentzovu silu otkrio je 1892. godine Hendrik Lorentz, nizozemski fizičar. Danas se vrlo često koristi u raznim električnim uređajima, čije djelovanje ovisi o putanji kretanja elektrona. Na primjer, to su katodne cijevi u televizorima i monitorima. Sve vrste akceleratora koji ubrzavaju nabijene čestice do enormnih brzina, uz pomoć Lorentzove sile, određuju orbite njihovog kretanja.
Koristan savjet
Poseban slučaj Lorentzove sile je Amperova sila. Njegov smjer izračunava se prema pravilu lijeve ruke.
Izvori:
- Lorentzova sila
- Lorentzovo pravilo lijeve ruke
Sasvim je logično i razumljivo da je na različitim dijelovima staze brzina tijela nejednaka, negdje je veća, a negdje sporija. Kako bi se izmjerile promjene brzine tijela kroz vremenske intervale, koncept " ubrzanje". Pod, ispod ubrzanje m se razumijeva kao promjena brzine gibanja nekog tijela u određenom vremenskom razdoblju u kojem je došlo do promjene brzine.
Trebat će vam
- Znati brzinu kretanja objekta u različitim područjima u različitim vremenskim intervalima.
Uputa
Definicija ubrzanja pri jednoliko ubrzanom .
Ova vrsta kretanja je da se objekt ubrzava za istu vrijednost u jednakim vremenima. Neka u jednom od trenutaka gibanja t1 njegovog kretanja bude v1, au trenutku t2 brzina bi bila v2. Tada bi se objekt mogao izračunati po formuli:
a = (v2-v1)/(t2-t1)
Magnetska indukcija je vektorska veličina, pa se osim apsolutne vrijednosti karakterizira i smjer. Da biste ga pronašli, morate pronaći polove trajnog magneta ili smjer struje koja stvara magnetsko polje.
Trebat će vam
- - referentni magnet;
- - strujni izvor;
- - desni gimlet;
- - direktni dirigent;
- - zavojnica, namotaj žice, solenoid.
Uputa
magnetski indukcija. Da biste to učinili, pronađite ga i stup. Obično je magnet plave boje, a jug je ¬–. Ako su polovi magneta nepoznati, uzmite referentni magnet i dovedite ga sa sjevernim polom u nepoznato. Kraj koji privlači sjeverni pol referentnog magneta bit će pol magneta čija se indukcija polja mjeri. linije magnetski indukcija izaći sa sjevernog pola i ući na južni pol. Vektor u svakoj točki pravca ide tangencijalno u smjeru pravca.
Odredite smjer vektora magnetski indukcija izravni vodič sa strujom. Struja teče od pozitivnog pola izvora prema negativnom. Uzmite gimlet, koji se zavrti kada se okreće u smjeru kazaljke na satu, zove se desni. Počnite ga zavrtati u smjeru u kojem struja teče iz vodiča. Okretanje ručke pokazat će smjer zatvorenih kružnih linija magnetski indukcija. Vektor magnetski indukcija u ovom slučaju će proći tangencijalno na krug.
Odredite smjer magnetskog polja zavojnice sa strujom, odn. Da biste to učinili, spojite vodič na izvor struje. Uzmite desni prsten i zakrenite njegovu ručku u smjeru struje koja teče kroz zavoje od pozitivnog pola izvora struje do negativnog. Translatorno kretanje gimlet šipke pokazat će smjer linija magnetskog polja. Na primjer, ako je ručka gimleta u smjeru struje u smjeru suprotnom od kazaljke na satu (ulijevo), tada se ona, uvijajući, kreće naprijed prema promatraču. Stoga su i magnetska polja usmjerena prema promatraču. Unutar svitka, svitka ili solenoida, linije magnetskog polja su ravne, u smjeru i apsolutnoj vrijednosti podudaraju se s vektorom magnetski indukcija.
Koristan savjet
Kao pravi gimlet, možete koristiti obični vadičep za otvaranje boca.
Indukcija se javlja u vodiču prilikom križanja silnica polja, ako se pomiče u magnetskom polju. Indukciju karakterizira smjer koji se može odrediti prema utvrđenim pravilima.
Trebat će vam
- - vodič sa strujom u magnetskom polju;
- - gimlet ili vijak;
- - solenoid sa strujom u magnetskom polju;
Uputa
Da biste saznali smjer indukcije, trebali biste koristiti jednu od dvije stvari: pravilo gimleta ili pravilo desne ruke. Prvi je uglavnom za ravnu žicu u kojoj postoji struja. Pravilo desne ruke primjenjuje se na zavojnicu ili solenoid koji pokreće struja.
Da biste saznali smjer indukcije pomoću pravila gimleta, odredite polaritet žice. Struja uvijek teče od pozitivnog prema negativnom. Postavite gimlet ili vijak duž strujne žice: nos gimleta treba gledati u negativni pol, a ručka prema pozitivnom. Počnite rotirati gimlet ili vijak kao da ga uvijate, to jest, duž. Rezultirajuća indukcija ima oblik zatvorenih krugova oko žice koju napaja struja. Smjer indukcije će se podudarati sa smjerom rotacije ručke gimleta ili glave vijka.
Pravilo desne ruke kaže:
Ako zavojnicu ili solenoid uzmete dlanom desne ruke, tako da četiri prsta leže u smjeru strujanja struje u zavojima, tada će palac ostavljen u stranu pokazati smjer indukcije.
Za određivanje smjera indukcije desnom rukom potrebno je uzeti solenoid ili zavojnicu sa strujom tako da dlan leži na plusu, a četiri prsta ruke u smjeru struje u zavojima: mali prst je bliže plusu, a kažiprst bliže. Stavite palac u stranu (kao da pokazujete gestu ""). Smjer palca pokazat će smjer indukcije.
Slični Videi
Bilješka
Ako se promijeni smjer struje u vodiču, tada gimlet treba odvrnuti, odnosno okrenuti u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Smjer indukcije također će se podudarati sa smjerom rotacije ručke gimleta.
Koristan savjet
Možete odrediti smjer indukcije mentalno zamišljajući rotaciju gleta ili vijka. Ne morate ga imati pri ruci.
Izvori:
- Elektromagnetska indukcija
Pod linijama indukcije razumjeti linije sile magnetskog polja. Da bi se dobila informacija o ovoj vrsti materije, nije dovoljno znati apsolutnu vrijednost indukcije, potrebno je znati i njen smjer. Smjer indukcijskih linija može se odrediti pomoću posebnih instrumenata ili pomoću pravila.
Trebat će vam
- - ravni i kružni vodič;
- - izvor istosmjerne struje;
- - trajni magnet.
Uputa
Spojite ravni vodič na istosmjerni izvor napajanja. Ako kroz njega teče struja, to je magnetsko polje čije su silnice koncentrične kružnice. Pomoću pravila odredite smjer linija sile. Desni gimlet je vijak koji se pomiče prema naprijed kada se okreće udesno (u smjeru kazaljke na satu).
Odredite smjer struje u vodiču s obzirom da on teče od pozitivnog pola izvora prema negativnom. Postavite osovinu vijka paralelno s vodičem. Počnite ga okretati tako da se šipka počne kretati u smjeru struje. U tom će slučaju smjer rotacije ručke pokazati smjer linija magnetskog polja.
Uz Amperovu silu, Coulombovu interakciju, elektromagnetska polja, u fizici se često susreće pojam Lorentzove sile. Ovaj fenomen jedan je od temeljnih u elektrotehnici i elektronici, uz i druge. Djeluje na naboje koji se kreću u magnetskom polju. U ovom ćemo članku ukratko i jasno razmotriti što je Lorentzova sila i gdje se primjenjuje.
Definicija
Kada se elektroni kreću kroz vodič, oko njega se razvija magnetsko polje. Istodobno, ako vodič postavite u poprečno magnetsko polje i pomičete ga, pojavit će se EMF elektromagnetske indukcije. Ako kroz vodič koji je u magnetskom polju teče struja, na njega djeluje Amperova sila.
Njegova vrijednost ovisi o struji koja teče, duljini vodiča, veličini vektora magnetske indukcije i sinusu kuta između silnica magnetskog polja i vodiča. Izračunava se po formuli:
Sila koja se razmatra donekle je slična onoj o kojoj smo govorili, ali ne djeluje na vodič, već na pokretnu nabijenu česticu u magnetskom polju. Formula izgleda ovako:
Važno! Na elektron koji se kreće u magnetskom polju djeluje Lorentzova sila (Fl), a na vodič Amperova sila.
Iz dviju formula može se vidjeti da iu prvom i u drugom slučaju, što je sinus kuta alfa bliži 90 stupnjeva, veći je učinak Fa ili Fl na vodič odnosno naboj.
Dakle, Lorentzova sila ne karakterizira promjenu veličine brzine, već kakav utjecaj nastaje sa strane magnetskog polja na nabijeni elektron ili pozitivni ion. Kada im je izložen, Fl ne radi. Prema tome, mijenja se smjer brzine nabijene čestice, a ne njezina veličina.
Što se tiče mjerne jedinice Lorentzove sile, kao iu slučaju drugih sila u fizici, koristi se veličina kao što je Newton. Njegove komponente:
Kako je usmjerena Lorentzova sila?
Za određivanje smjera Lorentzove sile, kao i kod Amperove sile, vrijedi pravilo lijeve ruke. To znači, da biste razumjeli gdje je usmjerena vrijednost Fl, morate otvoriti dlan lijeve ruke tako da linije magnetske indukcije ulaze u ruku, a ispružena četiri prsta pokazuju smjer vektora brzine. Tada palac, savijen pod pravim kutom prema dlanu, pokazuje smjer Lorentzove sile. Na slici ispod vidite kako odrediti smjer.
Pažnja! Smjer Lorentziana djelovanja je okomit na gibanje čestice i linije magnetske indukcije.
U ovom slučaju, točnije, za pozitivno i negativno nabijene čestice bitan je smjer četiri ispružena prsta. Gore opisano pravilo lijeve ruke formulirano je za pozitivnu česticu. Ako je negativno nabijen, tada linije magnetske indukcije trebaju biti usmjerene ne na otvoreni dlan, već na njegovu stražnju stranu, a smjer vektora Fl bit će suprotan.
Sada ćemo jednostavnim riječima reći što nam ovaj fenomen daje i kakav stvarni učinak ima na naboje. Pretpostavimo da se elektron giba u ravnini okomitoj na smjer linija magnetske indukcije. Već smo spomenuli da Fl ne utječe na brzinu, već samo mijenja smjer gibanja čestica. Tada će Lorentzova sila imati centripetalni učinak. To se odražava na donjoj slici.
Primjena
Od svih područja u kojima se koristi Lorentzova sila, jedno od najvećih je kretanje čestica u zemljinom magnetskom polju. Ako naš planet promatramo kao veliki magnet, tada se čestice koje se nalaze u blizini sjevernih magnetskih polova ubrzano gibaju po spirali. Kao rezultat toga, oni se sudaraju s atomima iz gornje atmosfere, a mi vidimo sjeverno svjetlo.
Međutim, postoje i drugi slučajevi u kojima se ovaj fenomen primjenjuje. Na primjer:
- katodne cijevi. U svojim elektromagnetskim otklonskim sustavima. CRT se koriste više od 50 godina u raznim uređajima, od najjednostavnijih osciloskopa do televizora raznih oblika i veličina. Zanimljivo je da neki još uvijek koriste CRT monitore u pogledu reprodukcije boja i rada s grafikom.
- Električni strojevi - generatori i motori. Iako je vjerojatnije da ovdje djeluje Amperova sila. Ali te se količine mogu smatrati susjednim. Međutim, radi se o složenim uređajima tijekom čijeg rada se uočava utjecaj mnogih fizikalnih pojava.
- U akceleratorima nabijenih čestica kako bi se odredile njihove orbite i smjerovi.
Zaključak
Sažeti i ocrtati četiri glavne teze ovog članka jednostavnim riječima:
- Lorentzova sila djeluje na nabijene čestice koje se gibaju u magnetskom polju. To proizlazi iz glavne formule.
- Ona je izravno proporcionalna brzini nabijene čestice i magnetskoj indukciji.
- Ne utječe na brzinu čestica.
- Utječe na smjer čestice.
Njegova je uloga prilično velika u "električnim" područjima. Stručnjak ne smije izgubiti iz vida osnovne teorijske informacije o temeljnim fizikalnim zakonima. Ovo znanje će biti korisno, kao i za one koji se bave znanstvenim radom, dizajnom i samo za opći razvoj.
Sada znate što je Lorentzova sila, čemu je jednaka i kako djeluje na nabijene čestice. Ako imate pitanja, postavite ih u komentarima ispod članka!
materijala
Snaga pojačala, koji djeluje na segment vodiča duljine Δ l sa strujom ja koji se nalazi u magnetskom polju B,
Izraz za Amperovu silu može se napisati kao:
Ova sila se zove Lorentzova sila . Kut α u ovom izrazu jednak je kutu između brzine i vektor magnetske indukcije Smjer Lorentzove sile koja djeluje na pozitivno nabijenu česticu, kao i smjer Amperove sile, mogu se pronaći iz pravilo lijeve ruke ili po gimlet pravilo. Međusobni raspored vektora , i za pozitivno nabijenu česticu prikazan je na sl. 1.18.1.
|
|
|
Slika 1.18.1. Međusobni raspored vektora, a modul Lorentzove sile brojčano je jednak površini paralelograma izgrađenog na vektorima i pomnoženom s nabojem q |
Lorentzova sila je usmjerena okomito na vektore i
Kada se nabijena čestica giba u magnetskom polju, Lorentzova sila ne djeluje. Stoga se modul vektora brzine ne mijenja kada se čestica giba.
Ako se nabijena čestica giba u jednoličnom magnetskom polju pod djelovanjem Lorentzove sile, a njezina brzina leži u ravnini okomitoj na vektor, tada će se čestica gibati po kružnici polumjera
Period kruženja čestice u jednoličnom magnetskom polju je
nazvao ciklotronska frekvencija . Ciklotronska frekvencija ne ovisi o brzini (a time ni o kinetičkoj energiji) čestice. Ova se činjenica koristi u ciklotroni – akceleratori teških čestica (protona, iona). Shematski dijagram ciklotrona prikazan je na sl. 1.18.3.
Između polova jakog elektromagneta smještena je vakuumska komora u kojoj se nalaze dvije elektrode u obliku šupljih metalnih polucilindara ( dees ). Izmjenični električni napon se primjenjuje na ploče, čija je frekvencija jednaka ciklotronskoj frekvenciji. Nabijene čestice ubrizgavaju se u središte vakuumske komore. Čestice se ubrzavaju električnim poljem u međuprostoru. Unutar deesa čestice se gibaju pod djelovanjem Lorentzove sile po polukružnicama čiji polumjer raste s porastom energije čestica. Svaki put kad čestica prođe kroz razmak između čestica, ubrzava je električno polje. Dakle, u ciklotronu, kao i u svim drugim akceleratorima, nabijena čestica se ubrzava električnim poljem, a drži je na putanji pomoću magnetskog polja. Ciklotroni omogućuju ubrzavanje protona do energije reda veličine 20 MeV.
Uniformna magnetska polja koriste se u mnogim uređajima, a posebno u maseni spektrometri - uređaji kojima se mogu mjeriti mase nabijenih čestica - iona ili jezgri raznih atoma. Za odvajanje se koriste maseni spektrometri izotopi, odnosno jezgre atoma s istim nabojem ali različitim masama (primjerice 20 Ne i 22 Ne). Najjednostavniji maseni spektrometar prikazan je na sl. 1.18.4. Ioni emitirani iz izvora S, prolaze kroz nekoliko malih rupa koje tvore usku zraku. Zatim ulaze selektor brzine , u kojem se čestice kreću ukrštenih jednolikih električnih i magnetskih polja. Između ploča ravnog kondenzatora stvara se električno polje, a u razmaku između polova elektromagneta stvara se magnetsko polje. Početna brzina nabijenih čestica usmjerena je okomito na vektore i
Na česticu koja se giba u ukrštenim električnim i magnetskim poljima djeluje električna sila i Lorentzova magnetska sila. Pod uvjetom E = υ B te sile točno uravnotežuju jedna drugu. Ako je ovaj uvjet ispunjen, čestica će se kretati ravnomjerno i pravocrtno te će proletjevši kroz kondenzator proći kroz otvor na ekranu. Za zadane vrijednosti električnog i magnetskog polja, selektor će odabrati čestice koje se kreću brzinom υ = E / B.
Zatim čestice iste brzine ulaze u komoru masenog spektrometra u kojoj se stvara jednolično magnetsko polje.Čestice se u komori gibaju u ravnini okomitoj na magnetsko polje pod djelovanjem Lorentzove sile. Putanje čestica su krugovi radijusa R = mυ / qB". Mjerenjem polumjera trajektorija za poznate vrijednosti υ i B" odnos se može definirati q / m. U slučaju izotopa ( q 1 = q 2) maseni spektrometar omogućuje odvajanje čestica različitih masa.
Suvremeni maseni spektrometri omogućuju mjerenje mase nabijenih čestica s točnošću boljom od 10–4.
Ako brzina čestice ima komponentu duž smjera magnetskog polja, tada će se takva čestica gibati u jednoličnom magnetskom polju po spirali. U ovom slučaju radijus spirale R ovisi o modulu komponente υ ┴ vektora okomitog na magnetsko polje i koraku zavojnice str– o modulu uzdužne komponente υ || (Sl. 1.18.5).
Dakle, putanja nabijene čestice, takoreći, vijuga oko linija magnetske indukcije. Ovaj se fenomen koristi u tehnologiji za magnetska toplinska izolacija visokotemperaturne plazme, odnosno potpuno ionizirani plin na temperaturi od oko 10 6 K. Tvar u ovom stanju dobiva se u instalacijama tipa "Tokamak" pri proučavanju kontroliranih termonuklearnih reakcija. Plazma ne smije doći u dodir sa stijenkama komore. Toplinska izolacija se postiže stvaranjem magnetskog polja posebne konfiguracije. Kao primjer, na sl. 1.18.6 prikazuje putanju nabijene čestice u magnetna boca(ili zarobljeni ).
Sličan fenomen događa se i u Zemljinom magnetskom polju, koje je zaštita za sva živa bića od tokova nabijenih čestica iz svemira. Brze nabijene čestice iz svemira (uglavnom sa Sunca) "hvataju" Zemljino magnetsko polje i tvore tzv. radijacijski pojasevi (Sl. 1.18.7), u kojem se čestice, kao u magnetskim zamkama, gibaju naprijed-natrag po spiralnim putanjama između sjevernog i južnog magnetskog pola u vremenima reda veličine djelića sekunde. Samo u polarnim područjima neke od čestica napadaju gornju atmosferu, uzrokujući polarnu svjetlost. Zemljini pojasevi zračenja protežu se od udaljenosti reda veličine 500 km do desetaka Zemljinih radijusa. Treba imati na umu da se južni magnetski pol Zemlje nalazi blizu sjevernog geografskog pola (na sjeverozapadu Grenlanda). Priroda zemaljskog magnetizma još nije proučena.
ispitna pitanja
1. Opišite pokuse Oersteda i Ampèrea.
2. Što je izvor magnetskog polja?
3. Koja Ampèreova hipoteza objašnjava postojanje magnetskog polja trajnog magneta?
4. Koja je temeljna razlika između magnetskog i električnog polja?
5. Formulirajte definiciju vektora magnetske indukcije.
6. Zašto se magnetsko polje naziva vrtložnim?
7. Formulirajte zakone:
A) Amper;
B) Bio-Savart-Laplace.
8. Kolika je apsolutna vrijednost vektora magnetske indukcije polja istosmjerne struje?
9. Formulirajte definiciju jedinice jakosti struje (amper) u Međunarodnom sustavu jedinica.
10. Zapišite formule koje izražavaju vrijednost:
A) modul vektora magnetske indukcije;
B) Amperove sile;
B) Lorentzove sile;
D) period kruženja čestice u jednoličnom magnetskom polju;
E) polumjer zakrivljenosti kružnice, kada se nabijena čestica giba u magnetskom polju;
Testirajte samokontrolu
Što je opaženo u Oerstedovu pokusu?
1) Međudjelovanje dvaju paralelnih vodiča sa strujom.
2) Međudjelovanje dviju magnetskih igala
3) Rotacija magnetske igle u blizini vodiča kada kroz njega prolazi struja.
4) Pojava električne struje u zavojnici kada se u nju ugura magnet.
Kako međusobno djeluju dva paralelna vodiča ako kroz njih teče struja u istom smjeru?
Privlače se;
otjerati;
Sila i moment sila jednaki su nuli.
Sila je nula, ali moment nije nula.
Koja formula određuje izraz za modul Amperove sile?
Koja formula određuje izraz za Lorentzov modul sile?
B) 
NA) 
G) 
0,6 N; 2) 1 N; 3) 1,4 N; 4) 2,4 N.
1) 0,5 T; 2) 1 T; 3) 2 T; 4) 0,8 T .
Elektron brzinom V uleti u magnetsko polje s modulom indukcije B okomito na magnetske linije. Koji izraz odgovara polumjeru orbite elektrona?
Odgovor: 1) 
2)
4)
8. Kako će se promijeniti period kruženja nabijene čestice u ciklotronu s povećanjem brzine za 2 puta? (V<< c).
1) povećat će se 2 puta; 2) Povećat će se 2 puta;
3) Povećati za 16 puta; 4) Neće se promijeniti.
9. Koja formula određuje modul indukcije magnetskog polja stvorenog u središtu kružne struje polumjera kružnice R?
1)
2)
3)
4)
10. Struja u zavojnici je ja. Koja od formula određuje modul indukcije magnetskog polja u sredini zavojnice s duljinom l s brojem zavoja N ?
1)
2)
3)
4)
laboratorij br.
Određivanje horizontalne komponente indukcije Zemljinog magnetskog polja.
Kratka teorija za laboratorijski rad.
Magnetsko polje je materijalni medij koji prenosi magnetske interakcije tzv. Magnetsko polje jedna je od manifestacija elektromagnetskog polja.
Izvori magnetskih polja su pokretni električni naboji, vodiči s strujom i izmjenična električna polja. Generirano pokretnim nabojima (strujama), magnetsko polje pak djeluje samo na pokretne naboje (struje), dok na stacionarne naboje nema utjecaja.
Glavna karakteristika magnetskog polja je vektor magnetske indukcije 
:
|
|
Modul vektora magnetske indukcije brojčano je jednak najvećoj sili koja djeluje sa strane magnetskog polja na vodič jedinične duljine, kojim teče struja jedinične jakosti. Vektor 
tvori desnu trojku s vektorom sile i smjerom struje. Dakle, magnetska indukcija je karakteristika snage magnetskog polja.
SI jedinica magnetske indukcije je Tesla (T).
Linije sila magnetskog polja nazivaju se zamišljene linije, u svakoj točki od kojih se tangente podudaraju sa smjerom vektora magnetske indukcije. Linije magnetskog polja su uvijek zatvorene, nikada se ne sijeku.
Amperov zakon određuje djelovanje sile magnetskog polja na vodič kroz koji teče struja.
Ako se u magnetskom polju s indukcijom 
postavio vodič kroz koji teče struja, zatim na svaki element usmjeren strujom 
vodiča, djeluje Amperova sila, određena relacijom
|
|
.Smjer Amperove sile podudara se sa smjerom umnoška 
,
oni. okomita je na ravninu u kojoj leže vektori 
i 
(Sl. 1).
Riža. 1. Za određivanje smjera Amperove sile
Ako a 
okomito 
,
tada se smjer Amperove sile može odrediti pravilom lijeve ruke: četiri ispružena prsta usmjeriti duž struje, dlan postaviti okomito na silnice, tada će palac pokazati smjer Amperove sile. Amperov zakon je osnova za definiciju magnetske indukcije, tj. relacija (1) proizlazi iz formule (2) zapisane u skalarnom obliku.
Lorentzova sila je sila kojom elektromagnetsko polje djeluje na nabijenu česticu koja se kreće u tom polju. Formulu Lorentzove sile prvi je dobio G. Lorentz kao rezultat generalizacije iskustva i ima oblik:
|
|
.gdje 
je sila koja djeluje na nabijenu česticu u električnom polju intenzitetom 
;
–
sila koja djeluje na nabijenu česticu u magnetskom polju.
Formula za magnetsku komponentu Lorentzove sile može se dobiti iz Ampereovog zakona, s obzirom da je struja uređeno kretanje električnih naboja. Kad magnetsko polje ne bi djelovalo na pokretne naboje, ne bi imalo utjecaja na vodič kroz koji teče struja. Magnetska komponenta Lorentzove sile dana je izrazom:
|
|
.Ta je sila usmjerena okomito na ravninu u kojoj leže vektori brzine 
i indukcija magnetskog polja 
; njegov smjer poklapa se sa smjerom vektorskog produkta 
za q
> 0 i sa smjerom 
za q>0
(slika 2). 
Riža. 2. Odrediti smjer magnetske komponente Lorentzove sile
Ako vektor 
okomito na vektor 
, tada se smjer magnetske komponente Lorentzove sile za pozitivno nabijene čestice može pronaći prema pravilu lijeve ruke, a za negativno nabijene čestice prema pravilu desne ruke. Budući da je magnetska komponenta Lorentzove sile uvijek usmjerena okomito na brzinu 
, tada ne vrši rad na pomicanju čestice. Može samo promijeniti smjer brzine 
,
savijati putanju čestice, tj. djeluju kao centripetalna sila.
Biot-Savart-Laplaceov zakon se koristi za izračunavanje magnetskih polja (definicije 
) koju stvaraju vodiči sa strujom.
Prema Biot-Savart-Laplaceovom zakonu svaki strujno usmjereni element vodiča 
stvara u točki na udaljenosti 
od ovog elementa, magnetsko polje, čija je indukcija određena relacijom:
|
|
.gdje 
H/m je magnetska konstanta; µ
je magnetska permeabilnost medija.
Riža. 3. Na Biot-Savart-Laplaceov zakon
Smjer 
poklapa se sa smjerom vektorskog produkta 
, tj. 
okomito na ravninu u kojoj leže vektori 
i 
. Istovremeno 
je tangenta na liniju polja, čiji se smjer može odrediti pravilom gimleta: ako je translacijsko kretanje vrha gimleta usmjereno duž struje, tada će smjer rotacije ručke odrediti smjer linija magnetskog polja (slika 3).
Da biste pronašli magnetsko polje koje stvara cijeli vodič, morate primijeniti načelo superpozicije polja:
|
|
.Na primjer, izračunajmo magnetsku indukciju u središtu kružne struje (slika 4).
Riža. 4. Proračunu polja u središtu kružne struje
Za kružnu struju 
i 
, pa relacija (5) u skalarnom obliku ima oblik:
Zakon pune struje (teorem o cirkulaciji magnetske indukcije) je još jedan zakon za izračunavanje magnetskih polja.
Ukupni zakon struje za magnetsko polje u vakuumu ima oblik:
|
|
.gdje B l
–
projekcija 
na elementu vodiča 
usmjeren strujom.
Kruženje vektora magnetske indukcije duž bilo kojeg zatvorenog kruga jednako je umnošku magnetske konstante i algebarskog zbroja struja obuhvaćenih tim krugom.
Ostrogradsky-Gaussov teorem za magnetsko polje je sljedeći:
|
|
.gdje B n
–
vektorska projekcija 
u normalu 
na stranicu dS.
Tok vektora magnetske indukcije kroz proizvoljnu zatvorenu površinu jednak je nuli.
Priroda magnetskog polja proizlazi iz formula (9), (10).
Uvjet za potencijalnost električnog polja je jednakost nuli cirkulacije vektora intenziteta 
.
Potencijalno električno polje stvaraju nepokretni električni naboji; linije polja nisu zatvorene, počinju na pozitivnim nabojima, a završavaju na negativnim.
Iz formule (9) vidimo da je u magnetskom polju cirkulacija vektora magnetske indukcije različita od nule, dakle, magnetsko polje nije potencijalno.
Iz relacije (10) proizlazi da ne postoje magnetski naboji koji mogu stvarati potencijalna magnetska polja. (U elektrostatici, sličan teorem tinja u obliku 
.
Magnetske linije sile se same zatvaraju. Takvo polje se naziva vrtložno polje. Dakle, magnetsko polje je vrtložno polje. Smjer linija polja određen je gimlet pravilom. U pravocrtnom beskonačno dugom vodiču s strujom, linije sile imaju oblik koncentričnih kružnica koje pokrivaju vodič (slika 3).
Govorništvo kao prototip novinarstva
Citati o Napoleonu - dslinkov — LiveJournal
Moja osveta Čovjek na buldožeru uništio je grad