Galvenais zinātne

Lorenca spēka fizika

Lorenca spēka fizika
Lorenca spēka fizika

Video: Lorenca spēks - mācību stunda (Elektromagnētisms) 2024, Septembris

Video: Lorenca spēks - mācību stunda (Elektromagnētisms) 2024, Septembris
Anonim

Lorenca spēks, spēks iedarbojas uz uzlādētu daļiņu q pārvietojas ar ātrumu v, izmantojot elektrisko E un magnētiskā lauka B. Visa elektromagnētiskais spēks F uz uzlādētu daļiņu tiek saukts par Lorenca spēks (pēc holandiešu fiziķis Hendrik A. Lorentz) un ievada ar F = q E + q v × B.

Pirmo termiņu veicina elektriskais lauks. Otrais termins ir magnētiskais spēks, un tam ir virziens, kas ir perpendikulārs gan ātrumam, gan magnētiskajam laukam. Magnētiskais spēks ir proporcionāls q un vektora šķērsprodukta v × B lielumam. Runājot par leņķi ϕ starp v un B, spēka lielums ir vienāds ar qvB sin ϕ. Lorenca spēka interesants rezultāts ir uzlādētas daļiņas kustība vienotā magnētiskā laukā. Ja v ir perpendikulārs B (ti, ar leņķi ϕ starp v un Bpar 90 °), daļiņa sekos apļveida trajektorijai ar r = mv / qB rādiusu. Ja leņķis ϕ ir mazāks par 90 °, daļiņu orbītā būs spirāle ar asi, kas ir paralēla lauka līnijām. Ja ϕ ir nulle, daļiņai nebūs magnētiskā spēka, kas turpinās kustēties neatstaroti gar lauka līnijām. Uzlādētie daļiņu paātrinātāji, piemēram, ciklotroni, izmanto faktu, ka daļiņas pārvietojas apļveida orbītā, kad v un B ir taisnā leņķī. Katrā apgriezienā uzmanīgi noregulēts elektriskais lauks daļiņām piešķir papildu kinētisko enerģiju, kas liek tām ceļot arvien lielākās orbītās. Kad daļiņas ir ieguvušas vēlamo enerģiju, tās ekstrahē un izmanto daudzos dažādos veidos, sākot ar pamatjautājumiem par vielas īpašībām un beidzot ar vēža ārstēšanu.

Kustīga lādiņa magnētiskais spēks atklāj uzlādes nesēju pazīmes vadītājā. Strāva, kas konduktorā plūst no labās uz kreiso pusi, var būt pozitīvu lādiņu nesēju pārvietošanās no labās uz kreiso pusi vai negatīvu lādiņu pārvietošanās no kreisās uz labo pusi vai abu šo savienojumu rezultāts. Ja diriģents ir novietots B laukā perpendikulāri strāvai, magnētiskais spēks uz abu veidu uzlādes nesējiem ir vienā virzienā. Šis spēks rada nelielu potenciāla atšķirību starp diriģenta sāniem. Pazīstams kā Hallas efekts, šī parādība (kuru atklājis amerikāņu fiziķis Edvīns H. Hols) rodas, kad elektriskais lauks tiek izlīdzināts ar magnētiskā spēka virzienu. Hallas efekts parāda, ka elektroni vada elektrības vadīšanu vara stāvoklī. Tomēr cinkā vadībā dominē pozitīvā lādiņa nesēju kustība. Elektroni cinkā, kas ir satraukti no valences joslas, atstāj caurumus, kas ir vakances (ti, neaizpildīti līmeņi), kas uzvedas kā pozitīvas lādiņas nesēji. Šo caurumu kustība veido lielāko daļu elektrības vadīšanas cinkā.

Ja vads ar strāvu i ir ievietots ārējā magnētiskajā laukā B, kā spēks uz vadu būs atkarīgs no stieples orientācijas? Tā kā strāva atspoguļo lādiņu kustību vadā, Lorenca spēks iedarbojas uz kustīgajām lādēm. Tā kā šie lādiņi ir piesaistīti vadītājam, kustīgo lādiņu magnētiskie spēki tiek pārnesti uz vadu. Spēks uz stieples nelielu garumu d l ir atkarīgs no stieples orientācijas attiecībā pret lauku. Spēka lielumu norāda ar id lB sin ϕ, kur ϕ ir leņķis starp B un d l. Nav spēka, ja ϕ = 0 vai 180 °, un tie abi atbilst strāvai virzienā, kas ir paralēls laukam. Spēks ir maksimāls, ja strāva un lauks ir perpendikulāri viens otram. Spēks ir dots BYD F = id l × B.

Atkal, vektors cross produkts apzīmē virzienā, kas perpendikulārs gan d l un B.