Сила Лоренца: формула, визначення і напрямок

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

визначення

Коли електрони рухаються по провіднику – навколо нього виникає магнітне поле. У той же час, якщо помістити провідник в поперечне магнітне поле і рухати його – виникне ЕРС електромагнітної індукції. Якщо через провідник, який знаходиться в магнітному полі, протікає струм – 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 формулою:

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

Важливо! Сила Лоренца (F л) діє на електрон, що рухається в магнітному полі, а на провідник – Ампера.

З двох формул видно, що і в першому і в другому випадку, чим ближче синус кута aльфа до 90 градусів, тим більший вплив надає на провідник або заряд Fа або F л відповідно.

Отже, сила Лоренца характеризує не зміна величини швидкості, а те, яке відбувається вплив з боку магнітного поля на заряджений електрон або позитивний іон. При впливі на них Fл не робить роботи. Відповідно змінюється саме напрямок швидкості руху зарядженої частинки, а не її величина.

Що стосується одиниці виміру сили Лоренца, як і у випадку з іншими силами в 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 направлено значення F л потрібно розкрити долоню лівої руки так, щоб в руку входили лінії магнітної індукції, а витягнуті чотири пальці вказували напрямок вектора швидкості. Тоді великий палець, відігнутий під прямим кутом до долоні, вказує напрям сили Лоренца. На зображенні нижче ви бачите, як визначити напрямок.

Увага! Напрямок лоренцова дії перпендикулярно руху частинки і ліній магнітної індукції.

При цьому, якщо бути точніше, для позитивно і негативно заряджених частинок має значення напрямок чотирьох розгорнутих пальців. Вище описане правило лівої руки сформульовано для позитивної частинки. Якщо вона заряджена негативно, то лінії магнітної індукції повинні бути спрямовані не в розкриту долоню, а в її тильну сторону, а напрямок вектора F л буде протилежним.

Тепер ми розповімо простими словами, що дає нам це явище і яке направду вплив вона робить на заряди. Припустимо, що електрон рухається в площині, перпендикулярній напряму ліній магнітної індукції. Ми вже згадали, що F л не вплине на швидкість, а лише змінює напрямок руху частинок. Тоді сила Лоренца буде надавати доцентрове вплив. Це відображено на малюнку нижче.

застосування

З усіх сфер, де використовується сила Лоренца, однієї з наймасштабніших є рух частинок в магнітному полі землі. Якщо розглянути нашу планету як великий магніт, то частинки, які знаходяться біля північного магнітного полюсів, здійснюють прискорений рух по спіралі. В результаті цього відбувається їх 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. В їх електромагнітних відхиляють системах. ЕПТ застосовувалися більше ніж 50 років поспіль в різних пристроях, починаючи від найпростішого осцилографа до телевізорів різних форм і розмірів. Цікаво, що в питаннях передачі кольору і роботи з графікою деякі до цих пір використовують ЕПТ монітори.
  • Електричні машини – генератори і двигуни. Хоча тут швидше діє сила Ампера. Але ці величини можна розглядати як суміжні. Однак це складні пристрої при роботі яких спостерігається вплив багатьох фізичних явищ.
  • У прискорювачах заряджених частинок для того, щоб ставити їм орбіти і напрямки.

висновок

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

  1. Сила Лоренца діє на заряджені частинки, які рухаються в магнітному полі. Це випливає з основної формули.
  2. Вона прямо пропорційна швидкості зарядженої частинки і магнітної індукції.
  3. Чи не впливає на швидкість частинки.
  4. Впливає на напрямок частки.

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

Наостанок рекомендуємо переглянути корисні відео для закріплення вивченого матеріалу:

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

Ссылка на основную публикацию