Сила лоренця якийсь розділ фізики. Сила лоренця у магнітному полі

Основні закони Динаміки. Закони Ньютона – перший, другий, третій. Принцип відносності Галілея. Закон всесвітнього тяжіння. Сила тяжіння. Сили пружності. Вага. Сили тертя - спокою, ковзання, кочення + тертя у рідинах та газах.

Кінематіка. Основні поняття. Рівномірний прямолінійний рух. Рівноприскорений рух. Рівномірний рух по колу. Система відліку. Траєкторія, переміщення, шлях, рівняння руху, швидкість, прискорення, зв'язок лінійної та кутової швидкості.

Прості механізми. Важель (важіль першого роду та важіль другого роду). Блок (нерухомий блок та рухомий блок). Похила поверхня. Гідравлічний прес. Золоте правило механіки

Закони збереження у механіці. Механічна робота, потужність, енергія, закон збереження імпульсу, закон збереження енергії, рівновага твердих тіл

Рух по колу. Рівняння руху по колу. Кутова швидкість. Нормальне = доцентрове прискорення. Період, частота обігу (обертання). Зв'язок лінійної та кутової швидкості

Механічні коливання. Вільні та вимушені коливання. Гармонійні коливання. Пружні коливання. Математичний маятник. Перетворення енергії при гармонійних коливаннях

Механічні хвилі. Швидкість та довжина хвилі. Рівняння хвилі, що біжить. Хвильові явища (дифракція. інтерференція...)

Гідромеханіка та аеромеханіка. Тиск, гідростатичний тиск. Закон Паскаля. Основне рівняння гідростатики. Сполучені судини. Закон Архімеда. Умови плавання: тел. Течія рідини. Закон Бернуллі. Формула Торрічелі

Молекулярна фізика Основні становища МКТ. Основні поняття та формули. Властивості ідеального газу. Основне рівняння МКТ. Температура. Зрівняння стану ідеального газу. Рівняння Менделєєва-Клайперона. Газові закони - ізотерма, ізобара, ізохора

Хвильова оптика. Корпускулярно-хвильова теорія світла. Хвильові властивості світла. Дисперсія світла. Інтерференція світла. Принцип Ґюйгенса-Френеля. Дифракція світла. Поляризація світла

Термодинаміка. Внутрішня енергія. Робота. Кількість теплоти. Теплові явища. Перший закон термодинаміки. Застосування першого закону термодинаміки до різних процесів. Рівняння теплового балансу. Другий закон термодинаміки. Теплові двигуни

Електростатика. Основні поняття. Електричний заряд. Закон збереження електричного заряду. Закон Кулону. Принцип суперпозиції. Теорія близькодії. Потенціал електричного поля. Конденсатор.

Постійний електричний струм. Закон Ома для ділянки ланцюга. Робота та потужність постійного струму. Закон Джоуля-Ленца. Закон Ома для повного кола. Закон електролізу Фарадея. Електричні ланцюги - послідовне та паралельне з'єднання. Правила Кірхгофа.

Електромагнітні коливання. Вільні та вимушені електромагнітні коливання. Коливальний контур. Змінний електричний струм. Конденсатор у ланцюзі змінного струму. Котушка індуктивності ("соленоїд") в ланцюзі змінного струму.

Електромагнітні хвилі. Концепція електромагнітної хвилі. Властивості електромагнітних хвиль. Хвильові явища

Ви зараз тут:Магнітне поле. Вектор магнітної індукції. Правило свердла. Закон Ампера та сила Ампера. Сила Лоренца. Правило лівої руки. Електромагнітна індукція, магнітний потік, правило Ленца, закон електромагнітної індукції, самоіндукція, енергія магнітного поля

Квантова фізика. Гіпотеза Планка. Явище фотоефекту. Рівняння Ейнштейна. Фотони. Квантові постулати Бора.

Елементи теорії відносності. Постулати теорії відносності. Відносність одночасності, відстаней, проміжків часу. Релятивістський закон складання швидкостей. Залежність маси від швидкості. Основний закон релятивістської динаміки...

Похибки прямих і непрямих вимірів. Абсолютна, відносна похибка. Систематичні та випадкові похибки. Середнє квадратичне відхилення (помилка). Таблиця визначення похибок непрямих вимірів різних функций.

« Фізика – 11 клас»

Магнітне поле діє з силою на заряджені частинки, що рухаються, у тому числі і на провідники зі струмом.
Яка сила, що діє на одну частинку?

1.
Силу, що діє на заряджену частинку, що рухається з боку магнітного поля, називають силою Лоренцана честь великого голландського фізика X. Лоренца, який створив електронну теорію будови речовини.
Силу Лоренца можна знайти за допомогою закону Ампера.

Модуль сили Лоренцадорівнює відношенню модуля сили F, що діє на ділянку провідника довжиною Δl, до N заряджених частинок, що впорядковано рухаються в цій ділянці провідника:

Оскільки сила (сила Ампера), що діє на ділянку провідника з боку магнітного поля
дорівнює F = | I | BΔl sin α,
а сила струму у провіднику дорівнює I = qnvS
де
q - заряд частинок
n - концентрація частинок (тобто число зарядів в одиниці обсягу)
v - швидкість руху частинок
S – поперечний переріз провідника.

Тоді отримуємо:
На кожен заряд, що рухається, з боку магнітного поля діє сила Лоренца, рівна:

де - кут між вектором швидкості і вектором магнітної індукції.

Сила Лоренца перпендикулярна до векторів і .

2.
Напрямок сили Лоренца

Напрямок сили Лоренца визначається за допомогою того ж правила лівої руки, як і напрям сили Ампера:

Якщо ліву руку розташувати так, щоб складова магнітної індукції, перпендикулярна швидкості заряду, входила в долоню, а чотири витягнуті пальці були спрямовані по руху позитивного заряду (проти руху негативного), то відігнутий на 90° великий палець вкаже напрямок чинної на заряд сили л

3.
Якщо в просторі, де рухається заряджена частка, існує одночасно і електричне поле, і магнітне поле, то сумарна сила, що діє на заряд, дорівнює: = ел + л, де сила, з якою електричне поле діє на заряд q, дорівнює F ел = q .

4.
Cила Лоренца не виконує роботи, т.к. вона перпендикулярна до вектора швидкості частинки.
Отже, сила Лоренца не змінює кінетичну енергію частки і, отже, модуль її швидкості.
Під впливом сили Лоренца змінюється лише напрям швидкості частки.

5.
Рух зарядженої частки у однорідному магнітному полі

Є одноріднемагнітне поле, спрямоване перпендикулярно до початкової швидкості частки.

Сила Лоренца залежить від модулів векторів швидкості частки та індукції магнітного поля.
Магнітне поле не змінює модуль швидкості частинки, що рухається, значить залишається незмінним і модуль сили Лоренца.
Сила Лоренца перпендикулярна швидкості і, отже, визначає доцентрове прискорення частки.
Незмінність по модулю доцентрового прискорення частки, що рухається з постійною по модулю швидкістю, означає, що

В однорідному магнітному полі заряджена частка рівномірно рухається по колу радіусом r.

Згідно з другим законом Ньютона

Тоді радіус кола по якому рухається частка, дорівнює:

Час, протягом якого частка робить повний оборот (період звернення), дорівнює:

6.
Використання дії магнітного поля на заряд, що рухається.

Дія магнітного поля на заряд, що рухається, використовують у телевізійних трубках-кінескопах, в яких електрони, що летять до екрану, відхиляються за допомогою магнітного поля, створюваного особливими котушками.

Сила Лоренца використовується у циклотроні – прискорювачі заряджених частинок для отримання частинок з великими енергіями.

На дії магнітного поля засновано також і пристрій мас-спектрографів, що дозволяють точно визначати маси частинок.

Поряд із силою Ампера, кулонівської взаємодії, електромагнітними полями у фізиці часто зустрічається поняття сила Лоренца. Це є одним з основоположних в електротехніці та електроніці, поряд з , та іншими. Вона впливає на заряди, що рухаються у магнітному полі. У цій статті ми коротко і зрозуміло розглянемо, що таке сила Лоренца і де вона застосовується.

Визначення

Коли електрони рухаються провідником – навколо нього виникає магнітне поле. У той же час, якщо помістити провідник у поперечне магнітне поле та рухати його – виникне ЕРС електромагнітної індукції. Якщо через провідник, що знаходиться в магнітному полі, протікає струм, то на нього діє сила Ампера.

Її величина залежить від струму, що протікає, довжини провідника, величини вектора магнітної індукції і синуса кута між лініями магнітного поля і провідником. Вона обчислюються за такою формулою:

Розглянута сила частково схожа на ту, що розглянута вище, але діє не на провідник, а на заряджену частинку, що рухається, в магнітному полі. Формула має вигляд:

Важливо!Сила Лоренца (Fл) діє електрон, що рухається в магнітному полі, але в провідник – Ампера.

З двох формул видно, що і в першому і в другому випадку, чим ближче синус кута aльфа до 90 градусів, тим більше впливає на провідник або заряд Fа або Fл відповідно.

Отже, сила Лоренца характеризує зміну величини швидкості, бо, що відбувається вплив із боку магнітного поля на заряджений електрон чи позитивний іон. При дії на них Fл не виконує роботи. Відповідно змінюється саме напрямок швидкості руху зарядженої частки, а чи не її величина.

Що стосується одиниці виміру сили Лоренца, як і у випадку з іншими силами у фізиці використовується така величина як Ньютон. Її складові:

Як спрямована сила Лоренца

Щоб визначити напрямок сили Лоренца, як і з силою Ампера, працює правило лівої руки. Це означає, щоб зрозуміти, куди спрямоване значення Fл потрібно розкрити долоню лівої руки так, щоб в руку входили лінії магнітної індукції, а витягнуті чотири пальці вказували напрям вектора швидкості. Тоді великий палець, відігнутий під прямим кутом до долоні, показує напрямок сили Лоренца. На зображенні нижче ви бачите, як визначити напрямок.

Увага!Напрямок Лоренцового дії перпендикулярно руху частинки та лініям магнітної індукції.

При цьому, якщо бути точніше, для позитивно та негативно заряджених частинок має значення напрямок чотирьох розгорнутих пальців. Вище описане правило лівої руки сформульовано для позитивної частки. Якщо вона заряджена негативно, то лінії магнітної індукції мають бути спрямовані над розкриту долоню, а її тильну бік, а напрям вектора Fл буде протилежним.

Тепер ми розповімо простими словами, що дає нам це явище і який реальний вплив вона на заряди. Припустимо, що електрон рухається у площині, перпендикулярній до напряму ліній магнітної індукції. Ми вже згадали, що Fл не впливає на швидкість, а лише змінює напрямок руху частинок. Тоді сила Лоренца надаватиме відцентрову дію. Це відображено на малюнку нижче.

Застосування

З усіх сфер, де використовується сила Лоренца, однією з наймасштабніших є рух частинок у магнітному полі землі. Якщо розглянути нашу планету як великий магніт, то частинки, що знаходяться біля північного магнітного полюса, прискорюють рух по спіралі. Внаслідок цього відбувається їхнє зіткнення з атомами з верхніх шарів атмосфери, і ми бачимо північне сяйво.

Проте є й інші випадки, де застосовується це явище. Наприклад:

• Електронно-променеві трубки. У їх електромагнітних системах, що відхиляють. ЕПТ застосовувалися більше 50 років поспіль у різних пристроях, починаючи від найпростішого осцилографа до телевізорів різних форм і розмірів. Цікаво, що в питаннях передачі кольорів і роботи з графікою деякі досі використовують ЕПТ монітори.
• Електричні машини – генератори та двигуни. Хоча тут скоріше діє сила Ампера. Але ці величини можна як суміжні. Однак це складні пристрої під час роботи яких спостерігається вплив багатьох фізичних явищ.
• У прискорювачах заряджених частинок для того, щоб задавати їм орбіти та напрямки.

Висновок

Підіб'ємо підсумки і позначимо чотири основні тези цієї статті простою мовою:

1. Сила Лоренца діє на заряджені частинки, що рухаються у магнітному полі. Це випливає із основної формули.
2. Вона прямо пропорційна швидкості зарядженої частки та магнітної індукції.
3. Не впливає швидкість частки.
4. Впливає напрямок частки.

Її роль досить велика у «електричних» сферах. Фахівець не повинен упускати з уваги основні теоретичні відомості про основні фізичні закони. Ці знання стануть у нагоді, як і тим, хто займається науковою роботою, проектуванням і просто для загального розвитку.

Тепер ви знаєте, що таке сила Лоренца, чому вона рівна і як діє на заряджені частки. Якщо виникли питання, ставте їх у коментарях під статтею!

Матеріали

Силою Лоренца називають силу, яка діє з боку електромагнітного поля на електричний заряд, що рухається. Нерідко силою Лоренца називають лише магнітну складову цього поля. Формула для визначення:

F = q(E+vB),

де q- Заряд частки;Е- Напруженість електричного поля;B- магнітна індукція поля;v- Швидкість частинки.

Сила Лоренца дуже схожа за своїм принципом, різниця полягає в тому, що остання діє на весь провідник, який в цілому електрично нейтральний, а сила Лоренца визначає вплив електромагнітного полялише на одиничний заряд, що рухається.

Вона характеризується тим, що не змінює швидкість переміщення зарядів, а лише впливає на вектор швидкості, тобто здатна змінювати напрямок руху заряджених частинок.

У природі сила Лоренца дозволяє захищати землю від впливу космічної радіації. Під її впливом заряджені частинки, що падають на планету, відхиляються від прямої траєкторії завдяки присутності магнітного поля Землі, викликаючи полярні сяйва.

У техніці сила Лоренца використовується дуже часто: у всіх двигунах і генераторах саме вона обертає роторпід впливом електромагнітного поля статора.

Таким чином, у будь-яких електромоторах та електроприводах основним видом сили є Лоренцева. Крім того, вона застосовується в прискорювачах заряджених частинок, а також в електронних гарматах, які встановлювалися раніше в лампових телевізорах. У кінескопі електрони, що випускаються гарматою, відхиляються під впливом електромагнітного поля, що відбувається за участю Лоренцевої сили.

Крім того, ця сила використовується в мас-спектрометрії та мас-електрографії для приладів, здатних сортувати заряджені частинки в залежності від їх питомого заряду (ставлення заряду до маси частинки). Це дає змогу з високою точністю визначати масу частинок. Також знаходить застосування в інших КВП, наприклад, безконтактному способі вимірювання витрати електропровідних рідких середовищ (витратоміри). Це дуже актуально, якщо рідке середовище має дуже високу температуру (розплав металів, скла та ін.).

Нідерландський фізик X. А. Лоренц наприкінці ХІХ ст. встановив, що сила, що діє з боку магнітного поля на заряджену частинку, що рухається, завжди перпендикулярна напрямку руху частинки і силовим лініям магнітного поля, в якому ця частка рухається. Напрямок сили Лоренца можна визначити за допомогою правила лівої руки. Якщо розташувати долоню лівої руки так, щоб чотири витягнуті пальці вказували напрямок руху заряду, а вектор магнітної індукції поля входив у відставлений великий палець вкаже напрямок сили Лоренца, що діє на позитивний заряд.

Якщо заряд частки негативний, то сила Лоренца буде спрямована у протилежний бік.

Модуль сили Лоренца легко визначається із закону Ампера і складає:

F = | q| vB sin?,

де q- заряд частки, v- швидкість її руху ? - Кут між векторами швидкості та індукції магнітного полі.

Якщо крім магнітного поля є ще й електричне поле, яке діє на заряд із силою , то повна сила, що діє на заряд, дорівнює:

.

Часто саме цю силу називають силою Лоренца, а силу, виражену формулою ( F = | q| vB sin?) називають магнітною частиною сили Лоренца.

Оскільки сила Лоренца перпендикулярна напряму руху частинки, вона може змінити її швидкість (вона робить роботи), а може змінити лише напрямок її руху, т. е. викривити траєкторію .

Таке викривлення траєкторії електронів у кінескопі телевізора легко спостерігати, якщо піднести до екрану постійний магніт - зображення спотвориться.

Рух зарядженої частки у однорідному магнітному полі. Нехай заряджена частка влітає зі швидкістю vв однорідне магнітне поле перпендикулярно до ліній напруженості.

Сила, що діє з боку магнітного поля на частинку, змусить її рівномірно обертатися по колу радіусом r, який легко знайти, скориставшись другим законом Ньютона, виразом цілеспрямованого прискорення та формулою ( F = | q| vB sin?):

.

Звідси отримаємо

.

де m- Маса частки.

Застосування сили Лоренца.

Дія магнітного поля на заряди, що рухаються, застосовується, наприклад, в мас-спектрографах, дозволяють розділяти заряджені частинки з їхньої питомих зарядів, т. е. стосовно заряду частинки до її масі, і за отриманими результатами точно визначати маси частинок.

Вакуумна камера приладу поміщена в поле (вектор індукції перпендикулярний до малюнку). Прискорені електричним полем заряджені частинки (електрони або іони), описавши дугу, потрапляють на фотопластину, де залишають слід, що дозволяє з великою точністю виміряти радіус траєкторії. r. За цим радіусом визначається питомий заряд іона. Знаючи заряд іона, легко обчисліть його масу.