ลอเรนซ์ ฟอร์ซ. แรงที่กระทำต่อประจุที่กำลังเคลื่อนที่ แรงที่กระทำต่ออนุภาคที่มีประจุนั้นถูกกำหนดอย่างไร?

ในบทความ เราจะพูดถึงแรงแม่เหล็กลอเรนซ์ วิธีที่มันกระทำต่อตัวนำ พิจารณากฎมือซ้ายของแรงลอเรนซ์ และโมเมนต์ของแรงที่กระทำต่อวงจรที่มีกระแสไหลผ่าน

แรงลอเรนซ์เป็นแรงที่กระทำต่ออนุภาคมีประจุที่ตกลงสู่สนามแม่เหล็กด้วยความเร็วหนึ่ง ขนาดของแรงนี้ขึ้นอยู่กับขนาดของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามแม่เหล็ก บี, ประจุไฟฟ้าของอนุภาค ถามและความเร็ว โวลต์ซึ่งอนุภาคตกลงไปในสนาม

วิธีสนามแม่เหล็ก บีมีพฤติกรรมสัมพันธ์กับโหลดแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากการสังเกตของสนามไฟฟ้า อี. ก่อนอื่นเลยสนาม บีไม่ตอบสนองต่อการโหลด แต่เมื่อโหลดเคลื่อนเข้าสู่สนาม บีแรงจะปรากฏขึ้นซึ่งแสดงด้วยสูตรที่ถือได้ว่าเป็นคำจำกัดความของสนาม บี:

ดังนั้นจึงเป็นที่ชัดเจนว่าสนาม บีทำหน้าที่เป็นแรงตั้งฉากกับทิศทางของเวกเตอร์ความเร็ว วีโหลดและทิศทางเวกเตอร์ บี. สิ่งนี้สามารถแสดงเป็นแผนภาพ:

ในแผนภาพ q มีประจุบวก!

หน่วยของสนาม B สามารถหาได้จากสมการลอเรนซ์ ดังนั้น ในระบบ SI หน่วย B เท่ากับ 1 เทสลา (1T) ในระบบ CGS หน่วยสนามคือ Gauss (1G) 1T = 10 4 ก

สำหรับการเปรียบเทียบ จะมีการแสดงภาพเคลื่อนไหวการเคลื่อนที่ของประจุบวกและประจุลบ

เมื่อลงสนาม บีครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ โดยมีประจุ q เคลื่อนที่ตั้งฉากกับทิศทางของเวกเตอร์ บีทำให้การเคลื่อนไหวมีเสถียรภาพตามเส้นทางวงกลม อย่างไรก็ตามเมื่อเวกเตอร์ โวลต์มีองค์ประกอบขนานกับเวกเตอร์ บีจากนั้นเส้นทางการชาร์จจะเป็นเกลียวตามที่แสดงในภาพเคลื่อนไหว

ลอเรนซ์บังคับให้ตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน

แรงที่กระทำต่อตัวนำที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเป็นผลมาจากแรงลอเรนซ์ที่กระทำต่อตัวพาประจุที่เคลื่อนที่ อิเล็กตรอน หรือไอออน หากส่วนไกด์มีความยาว l ดังในรูปวาด

ประจุทั้งหมด Q กำลังเคลื่อนที่ ดังนั้นแรง F ที่กระทำต่อส่วนนี้จะเท่ากับ

ผลหาร Q / t คือค่าของกระแสที่ไหล I ดังนั้นแรงที่กระทำต่อส่วนที่มีกระแสจึงแสดงโดยสูตร

ให้คำนึงถึงการพึ่งพากำลังด้วย เอฟจากมุมระหว่างเวกเตอร์ บีและแกนของเซ็กเมนต์ ความยาวของเซ็กเมนต์ ฉันเป็นกำหนดโดยลักษณะของเวกเตอร์

มีเพียงอิเล็กตรอนเท่านั้นที่เคลื่อนที่ในโลหะภายใต้อิทธิพลของความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้น ไอออนของโลหะยังคงไม่เคลื่อนที่อยู่ในโครงตาข่ายคริสตัล ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ แอนไอออนและแคตไอออนจะเคลื่อนที่ได้

กฎมือซ้าย แรงลอเรนซ์— การกำหนดทิศทางและการกลับของเวกเตอร์ของพลังงานแม่เหล็ก (ไฟฟ้าไดนามิก)

ถ้ามือซ้ายอยู่ในตำแหน่งที่เส้นสนามแม่เหล็กตั้งฉากกับพื้นผิวด้านในของมือ (เพื่อที่จะทะลุเข้าไปในมือ) และนิ้วทั้งหมด - ยกเว้นนิ้วหัวแม่มือ - ชี้ไปในทิศทางของการไหลของกระแสบวก (กำลังเคลื่อนที่ โมเลกุล) นิ้วหัวแม่มือที่เบี่ยงออกบ่งบอกถึงทิศทางของแรงไฟฟ้าไดนามิกที่กระทำต่อประจุไฟฟ้าบวกที่อยู่ในสนามนี้ (สำหรับประจุลบ แรงจะตรงกันข้าม)

วิธีที่สองในการกำหนดทิศทางของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าคือการวางตำแหน่งนิ้วหัวแม่มือ นิ้วชี้ และนิ้วกลางเป็นมุมฉาก ด้วยการจัดเรียงนี้ นิ้วชี้จะแสดงทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็ก ทิศทางของนิ้วกลางจะแสดงทิศทางการไหลของกระแส และทิศทางของแรงด้วยนิ้วโป้งด้วย

โมเมนต์ของแรงที่กระทำต่อวงจรที่มีกระแสไหลผ่านในสนามแม่เหล็ก

โมเมนต์ของแรงที่กระทำต่อวงจรที่มีกระแสในสนามแม่เหล็ก (เช่น บนขดลวดในขดลวดของมอเตอร์ไฟฟ้า) ก็ถูกกำหนดโดยแรงลอเรนซ์เช่นกัน หากวงรอบ (ทำเครื่องหมายด้วยสีแดงในแผนภาพ) สามารถหมุนรอบแกนที่ตั้งฉากกับสนาม B และนำกระแสไฟฟ้า I ได้ แรงที่ไม่สมดุลสองแรง F จะปรากฏขึ้นมากระทำที่ด้านข้างของเฟรมขนานกับแกนของการหมุน

แรงลอเรนซ์คือแรงที่กระทำจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าต่อประจุไฟฟ้าที่กำลังเคลื่อนที่ บ่อยครั้งมีเพียงองค์ประกอบแม่เหล็กของสนามนี้เท่านั้นที่เรียกว่าแรงลอเรนซ์ สูตรที่จะกำหนด:

F = q(อี+วีบี)

ที่ไหน ถาม- ประจุอนุภาคอี— ความแรงของสนามไฟฟ้าบี— การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กโวลต์— ความเร็วของอนุภาค

แรงลอเรนซ์มีหลักการคล้ายกันมาก ความแตกต่างก็คือแรงอย่างหลังกระทำต่อตัวนำทั้งหมด ซึ่งโดยทั่วไปจะมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า และ แรงลอเรนซ์อธิบายถึงอิทธิพลของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสำหรับการชาร์จเพียงครั้งเดียวเท่านั้น

โดดเด่นด้วยความจริงที่ว่ามันไม่เปลี่ยนความเร็วการเคลื่อนที่ของประจุ แต่ส่งผลต่อเวกเตอร์ความเร็วเท่านั้นนั่นคือมันสามารถเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุได้

โดยธรรมชาติแล้ว แรงลอเรนซ์ช่วยให้เราปกป้องโลกจากผลกระทบของรังสีคอสมิกได้ ภายใต้อิทธิพลของมัน อนุภาคที่มีประจุที่ตกลงบนโลกจะเบี่ยงเบนไปจากเส้นทางตรงเนื่องจากมีสนามแม่เหล็กของโลก ทำให้เกิดแสงออโรร่า

ในเทคโนโลยี แรง Lorentz ถูกใช้บ่อยมาก: ในเครื่องยนต์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้งหมด เป็นสิ่งที่ขับเคลื่อนโรเตอร์ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของสเตเตอร์

ดังนั้นในมอเตอร์ไฟฟ้าและไดรฟ์ไฟฟ้าใด ๆ แรงประเภทหลักคือลอเรนเซียน นอกจากนี้ยังใช้ในเครื่องเร่งอนุภาคที่มีประจุ เช่นเดียวกับในปืนอิเล็กตรอนซึ่งก่อนหน้านี้เคยติดตั้งในโทรทัศน์แบบหลอด ในไคเนสสโคป อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากปืนจะถูกเบี่ยงเบนไปภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของแรงลอเรนซ์

นอกจากนี้ แรงนี้ยังใช้ในแมสสเปกโตรเมทรีและการถ่ายภาพด้วยไฟฟ้ามวลสำหรับเครื่องมือที่สามารถจัดเรียงอนุภาคที่มีประจุตามประจุเฉพาะของพวกมัน (อัตราส่วนของประจุต่อมวลอนุภาค) ทำให้สามารถระบุมวลของอนุภาคได้อย่างแม่นยำสูง นอกจากนี้ยังพบการใช้งานในเครื่องมือวัดอื่นๆ ด้วย เช่น ในวิธีการแบบไม่สัมผัสสำหรับการวัดการไหลของตัวกลางของเหลวที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า (มิเตอร์วัดการไหล) นี่เป็นสิ่งสำคัญมากหากตัวกลางที่เป็นของเหลวมีอุณหภูมิสูงมาก (โลหะที่หลอมละลาย แก้ว ฯลฯ)

เรียกว่าแรงที่กระทำต่ออนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่จากสนามแม่เหล็ก ลอเรนซ์ ฟอร์ซ. มีการทดลองพบว่าแรงที่กระทำต่อประจุในสนามแม่เหล็กนั้นตั้งฉากกับเวกเตอร์ และ และโมดูลของมันถูกกำหนดโดยสูตร:

,

ที่ไหน
– มุมระหว่างเวกเตอร์ และ .

ทิศทางแรงลอเรนซ์ มุ่งมั่น กฎมือซ้าย(รูปที่ 6):

ถ้านิ้วที่ยื่นออกไปอยู่ในทิศทางของความเร็วของประจุบวก และเส้นสนามแม่เหล็กเข้าสู่ฝ่ามือ นิ้วหัวแม่มือที่งอจะระบุทิศทางของแรง ซึ่งกระทำต่อประจุจากสนามแม่เหล็ก

สำหรับทิศทางประจุลบ ควรกลับรายการ

ข้าว. 6. กฎมือซ้ายสำหรับกำหนดทิศทางของแรงลอเรนซ์

1.5. กำลังแอมแปร์ กฎมือซ้ายสำหรับกำหนดทิศทางของแรงแอมแปร์

มีการทดลองพบว่าตัวนำกระแสไฟที่ไหลอยู่ในสนามแม่เหล็กถูกกระทำโดยแรงที่เรียกว่าแรงแอมแปร์ (ดูหัวข้อ 1.3) กำหนดทิศทางของแรงแอมแปร์ (รูปที่ 4) กฎมือซ้าย(ดูข้อ 1.3)

โมดูลัสแรงแอมแปร์คำนวณโดยสูตร

,

ที่ไหน – ความแรงของกระแสในตัวนำ
- การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็ก - ความยาวของตัวนำ
- มุมระหว่างทิศทางปัจจุบันและเวกเตอร์ .

1.6. สนามแม่เหล็ก

สนามแม่เหล็ก
ผ่านวงปิดคือปริมาณสเกลาร์ทางกายภาพเท่ากับผลคูณของโมดูลัสของเวกเตอร์ ไปที่จัตุรัส รูปร่างและโคไซน์ของมุม
ระหว่างเวกเตอร์ และปกติ ถึงรูปร่าง (รูปที่ 7):

ข้าว. 7. แนวคิดเรื่องฟลักซ์แม่เหล็ก

ฟลักซ์แม่เหล็กสามารถตีความได้อย่างชัดเจนว่าเป็นค่าที่เป็นสัดส่วนกับจำนวนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็กที่เจาะพื้นผิวด้วยพื้นที่ .

หน่วยของฟลักซ์แม่เหล็กคือ เวเบอร์
.

ฟลักซ์แม่เหล็ก 1 Wb ถูกสร้างขึ้นโดยสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอที่มีการเหนี่ยวนำ 1 T ผ่านพื้นผิว 1 m2 ซึ่งตั้งฉากกับเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก:

1 Wb = 1 T ม. 2

2. การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

2.1. ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ในปี พ.ศ. 2374 ฟาราเดย์ค้นพบปรากฏการณ์ทางกายภาพที่เรียกว่าปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ซึ่งประกอบด้วยความจริงที่ว่าเมื่อฟลักซ์แม่เหล็กที่ผ่านวงจรเปลี่ยนแปลงกระแสไฟฟ้าจะเกิดขึ้นในนั้น กระแสที่ได้รับจากฟาราเดย์เรียกว่า การเหนี่ยวนำ.

สามารถรับกระแสเหนี่ยวนำได้ เช่น หากแม่เหล็กถาวรถูกดันเข้าไปในขดลวดที่เชื่อมต่อกับกัลวาโนมิเตอร์ (รูปที่ 8, a) หากถอดแม่เหล็กออกจากขดลวด กระแสในทิศทางตรงกันข้ามจะปรากฏขึ้น (รูปที่ 8, b)

กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำยังเกิดขึ้นเมื่อแม่เหล็กอยู่กับที่และขดลวดเคลื่อนที่ (ขึ้นหรือลง) เช่น สิ่งที่สำคัญคือทฤษฎีสัมพัทธภาพของการเคลื่อนไหว

แต่ไม่ใช่ทุกการเคลื่อนไหวที่ก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำ เมื่อแม่เหล็กหมุนรอบแกนตั้งของมัน จะไม่มีกระแสเพราะว่า ในกรณีนี้ฟลักซ์แม่เหล็กผ่านขดลวดจะไม่เปลี่ยนแปลง (รูปที่ 8, c) ในขณะที่ในการทดลองก่อนหน้านี้ฟลักซ์แม่เหล็กจะเปลี่ยนไป: ในการทดลองครั้งแรกจะเพิ่มขึ้นและในครั้งที่สองจะลดลง (รูปที่ 8, a, ข)

ทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำจะขึ้นอยู่กับ กฎของเลนซ์:

กระแสไฟฟ้าเหนี่ยวนำที่เกิดขึ้นในวงจรปิดจะถูกกำหนดทิศทางเสมอเพื่อให้สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นสามารถตอบโต้สาเหตุที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าได้

กระแสเหนี่ยวนำจะขัดขวางการไหลภายนอกเมื่อมันเพิ่มขึ้น และรองรับการไหลภายนอกเมื่อมันลดลง

ข้าว. 8. ปรากฏการณ์การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า

ด้านล่างในรูปด้านซ้าย (รูปที่ 9) การเหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็กภายนอก กำกับ “จากเรา” (+) กำลังเติบโต ( >0) ทางด้านขวา – ลดลง ( <0). Видно, чтоกระแสเหนี่ยวนำกำกับไว้อย่างนั้น เป็นเจ้าของแม่เหล็กสนามจะป้องกันการเปลี่ยนแปลงของฟลักซ์แม่เหล็กภายนอกที่ทำให้เกิดกระแสนี้

ข้าว. 9. เพื่อกำหนดทิศทางของกระแสเหนี่ยวนำ

กฎพื้นฐานของพลศาสตร์ กฎของนิวตัน - ประการที่หนึ่ง สอง สาม หลักสัมพัทธภาพของกาลิเลโอ กฎแห่งแรงโน้มถ่วงสากล แรงโน้มถ่วง. แรงยืดหยุ่น น้ำหนัก. แรงเสียดทาน - นิ่ง เลื่อน กลิ้ง + แรงเสียดทานในของเหลวและก๊าซ

จลนศาสตร์. แนวคิดพื้นฐาน. การเคลื่อนที่ตรงสม่ำเสมอ การเคลื่อนที่ด้วยความเร่งสม่ำเสมอ การเคลื่อนไหวสม่ำเสมอเป็นวงกลม ระบบอ้างอิง วิถี การกระจัด เส้นทาง สมการการเคลื่อนที่ ความเร็ว ความเร่ง ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วเชิงเส้นและความเร็วเชิงมุม

กลไกง่ายๆ คันโยก (คันโยกแบบแรกและคันโยกแบบที่สอง) บล็อก (บล็อกแบบตายตัวและบล็อกแบบเคลื่อนย้ายได้) เครื่องบินเอียง เครื่องอัดไฮดรอลิก กฎทองของกลศาสตร์

กฎหมายการอนุรักษ์ในกลศาสตร์ งานเครื่องกล กำลัง พลังงาน กฎการอนุรักษ์โมเมนตัม กฎการอนุรักษ์พลังงาน สมดุลของของแข็ง

การเคลื่อนที่แบบวงกลม สมการการเคลื่อนที่ในวงกลม ความเร็วเชิงมุม. ปกติ = ความเร่งสู่ศูนย์กลาง ระยะเวลาความถี่ของการไหลเวียน (การหมุน) ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วเชิงเส้นและความเร็วเชิงมุม

การสั่นสะเทือนทางกล การสั่นสะเทือนแบบอิสระและแบบบังคับ การสั่นสะเทือนแบบฮาร์มอนิก การสั่นสะเทือนแบบยืดหยุ่น ลูกตุ้มทางคณิตศาสตร์ การเปลี่ยนแปลงพลังงานระหว่างการสั่นของฮาร์มอนิก

คลื่นกล ความเร็วและความยาวคลื่น สมการคลื่นเดินทาง ปรากฏการณ์คลื่น (การเลี้ยวเบน การรบกวน...)

กลศาสตร์ของไหลและกลศาสตร์อากาศ ความดัน, ความดันอุทกสถิต กฎของปาสคาล สมการพื้นฐานของอุทกสถิต เรือสื่อสาร กฎของอาร์คิมีดีส สภาพการเดินเรือ โทร. การไหลของของไหล กฎของเบอร์นูลลี สูตรตอร์ริเชลลี

ฟิสิกส์โมเลกุล บทบัญญัติพื้นฐานของ ICT แนวคิดและสูตรพื้นฐาน คุณสมบัติของก๊าซในอุดมคติ สมการ MKT พื้นฐาน อุณหภูมิ. สมการสถานะของก๊าซในอุดมคติ สมการเมนเดเลเยฟ-เคลย์เปรอน กฎของแก๊ส - ไอโซเทอม, ไอโซบาร์, ไอโซชอร์

เลนส์คลื่น ทฤษฎีอนุภาค-คลื่นแสง คุณสมบัติคลื่นของแสง การกระจายตัวของแสง การรบกวนของแสง หลักการของฮอยเกนส์-เฟรสเนล การเลี้ยวเบนของแสง โพลาไรเซชันของแสง

อุณหพลศาสตร์ กำลังภายใน. งาน. ปริมาณความร้อน ปรากฏการณ์ทางความร้อน กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ การประยุกต์กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์กับกระบวนการต่างๆ สมการสมดุลความร้อน กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ เครื่องยนต์ร้อน

ไฟฟ้าสถิต แนวคิดพื้นฐาน. ค่าไฟฟ้า. กฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า กฎของคูลอมบ์ หลักการซ้อนทับ ทฤษฎีการกระทำระยะสั้น ศักย์สนามไฟฟ้า ตัวเก็บประจุ

กระแสไฟฟ้าคงที่ กฎของโอห์มสำหรับส่วนของวงจร การทำงานและกำลังไฟฟ้ากระแสตรง กฎจูล-เลนซ์ กฎของโอห์มสำหรับวงจรสมบูรณ์ กฎอิเล็กโทรไลซิสของฟาราเดย์ วงจรไฟฟ้า - การเชื่อมต่อแบบอนุกรมและแบบขนาน กฎของเคอร์ชอฟฟ์

การสั่นสะเทือนทางแม่เหล็กไฟฟ้า การสั่นของแม่เหล็กไฟฟ้าอิสระและบังคับ วงจรการสั่น กระแสไฟฟ้าสลับ. ตัวเก็บประจุในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ ตัวเหนี่ยวนำ (“โซลินอยด์”) ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า แนวคิดเรื่องคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ปรากฏการณ์คลื่น

คุณอยู่ที่นี่ตอนนี้:สนามแม่เหล็ก เวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก กฎของถุงมือ กฎของแอมแปร์และแรงของแอมแปร์ ลอเรนซ์ ฟอร์ซ. กฎมือซ้าย. การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ฟลักซ์แม่เหล็ก กฎของเลนซ์ กฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า การเหนี่ยวนำตัวเอง พลังงานสนามแม่เหล็ก

ฟิสิกส์ควอนตัม สมมติฐานของพลังค์ ปรากฏการณ์เอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริค สมการของไอน์สไตน์ โฟตอน สมมุติฐานควอนตัมของบอร์

องค์ประกอบของทฤษฎีสัมพัทธภาพ สมมุติฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพ สัมพัทธภาพของความพร้อมกัน ระยะทาง ช่วงเวลา กฎสัมพัทธภาพของการบวกความเร็ว การขึ้นอยู่กับมวลกับความเร็ว กฎพื้นฐานของพลวัตเชิงสัมพัทธภาพ...

ข้อผิดพลาดของการวัดทางตรงและทางอ้อม ข้อผิดพลาดสัมพัทธ์สัมบูรณ์ ข้อผิดพลาดที่เป็นระบบและสุ่ม ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน (ข้อผิดพลาด) ตารางระบุข้อผิดพลาดของการวัดทางอ้อมของฟังก์ชันต่างๆ

การเกิดขึ้นของแรงที่กระทำต่อประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก

แอนิเมชั่น

คำอธิบาย

แรงลอเรนซ์คือแรงที่กระทำต่ออนุภาคที่มีประจุซึ่งเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก

สูตรสำหรับแรงลอเรนซ์ (F) ได้มาจากการหาข้อเท็จจริงทางการทดลองของ H.A. ลอเรนซ์ในปี พ.ศ. 2435 และนำเสนอในงาน “ทฤษฎีแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์และการประยุกต์กับวัตถุที่เคลื่อนไหว” ดูเหมือนว่า:

F = คิวอี + คิว, (1)

โดยที่ q คืออนุภาคที่มีประจุ

E - ความแรงของสนามไฟฟ้า

B คือเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ซึ่งไม่ขึ้นกับขนาดของประจุและความเร็วของการเคลื่อนที่

V คือเวกเตอร์ความเร็วของอนุภาคที่มีประจุสัมพันธ์กับระบบพิกัดซึ่งคำนวณค่าของ F และ B

เทอมแรกทางด้านขวาของสมการ (1) คือแรงที่กระทำต่ออนุภาคมีประจุในสนามไฟฟ้า F E =qE เทอมที่สองคือแรงที่กระทำในสนามแม่เหล็ก:

ฉ ม. = คิว (2)

สูตร (1) เป็นสากล ใช้ได้กับทั้งสนามแรงคงที่และแรงแปรผันตลอดจนค่าใด ๆ ของความเร็วของอนุภาคที่มีประจุ เป็นความสัมพันธ์ที่สำคัญของพลศาสตร์ไฟฟ้าเนื่องจากช่วยให้เราสามารถเชื่อมโยงสมการของสนามแม่เหล็กไฟฟ้ากับสมการการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุได้

ในการประมาณแบบไม่สัมพันธ์กัน แรง F ก็เหมือนกับแรงอื่นๆ ไม่ได้ขึ้นอยู่กับการเลือกกรอบอ้างอิงเฉื่อย ในเวลาเดียวกัน ส่วนประกอบแม่เหล็กของแรง Lorentz F m เปลี่ยนแปลงเมื่อเคลื่อนที่จากระบบอ้างอิงหนึ่งไปยังอีกระบบหนึ่งเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงความเร็ว ดังนั้นส่วนประกอบทางไฟฟ้า F E ก็จะเปลี่ยนไปเช่นกัน ในเรื่องนี้ การแบ่งแรง F ออกเป็นแม่เหล็กและไฟฟ้านั้นสมเหตุสมผลเมื่อมีการบ่งชี้ระบบอ้างอิงเท่านั้น

ในรูปแบบสเกลาร์ นิพจน์ (2) มีลักษณะดังนี้:

Fm = qVBsina, (3)

โดยที่ a คือมุมระหว่างเวกเตอร์ความเร็วและเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

ดังนั้น ส่วนแม่เหล็กของแรงลอเรนซ์จะมีค่าสูงสุดหากทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก (a =p /2) และจะเท่ากับศูนย์หากอนุภาคเคลื่อนที่ไปตามทิศทางของสนาม B (a =0)

แรงแม่เหล็ก F m เป็นสัดส่วนกับผลคูณเวกเตอร์ เช่น มันตั้งฉากกับเวกเตอร์ความเร็วของอนุภาคที่มีประจุ ดังนั้นจึงไม่ทำงานกับประจุนั้น ซึ่งหมายความว่าในสนามแม่เหล็กคงที่ภายใต้อิทธิพลของแรงแม่เหล็ก เฉพาะวิถีการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่เท่านั้นที่จะโค้งงอ แต่พลังงานของมันจะยังคงเท่าเดิมเสมอไม่ว่าอนุภาคจะเคลื่อนที่อย่างไร

ทิศทางของแรงแม่เหล็กสำหรับประจุบวกถูกกำหนดตามผลคูณเวกเตอร์ (รูปที่ 1)

ทิศทางของแรงที่กระทำต่อประจุบวกในสนามแม่เหล็ก

ข้าว. 1

สำหรับประจุลบ (อิเล็กตรอน) แรงแม่เหล็กจะพุ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม (รูปที่ 2)

ทิศทางของแรงลอเรนซ์ที่กระทำต่ออิเล็กตรอนในสนามแม่เหล็ก

ข้าว. 2

สนามแม่เหล็ก B มุ่งตรงไปยังเครื่องอ่านในแนวตั้งฉากกับภาพวาด ไม่มีสนามไฟฟ้า

ถ้าสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอและตั้งฉากกับความเร็ว ประจุมวล m จะเคลื่อนที่เป็นวงกลม รัศมีของวงกลม R ถูกกำหนดโดยสูตร:

ประจุจำเพาะของอนุภาคอยู่ที่ไหน

คาบของการปฏิวัติของอนุภาค (เวลาของการปฏิวัติหนึ่งครั้ง) ไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเร็ว ถ้าความเร็วของอนุภาคน้อยกว่าความเร็วแสงในสุญญากาศมาก มิฉะนั้น คาบการโคจรของอนุภาคจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากมวลสัมพัทธภาพเพิ่มขึ้น

ในกรณีของอนุภาคที่ไม่สัมพันธ์กัน:

ประจุจำเพาะของอนุภาคอยู่ที่ไหน

ในสุญญากาศในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ หากเวกเตอร์ความเร็วไม่ตั้งฉากกับเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก (a№p /2) อนุภาคที่มีประจุภายใต้อิทธิพลของแรงลอเรนซ์ (ส่วนแม่เหล็ก) จะเคลื่อนที่ไปตามเส้นเกลียวด้วย ความเร็วคงที่ V ในกรณีนี้การเคลื่อนที่ประกอบด้วยการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงสม่ำเสมอไปตามทิศทางของสนามแม่เหล็ก B ด้วยความเร็วและการเคลื่อนที่แบบหมุนสม่ำเสมอในระนาบตั้งฉากกับสนาม B ด้วยความเร็ว (รูปที่ 2)

เส้นโครงของวิถีโคจรของอนุภาคบนระนาบที่ตั้งฉากกับ B คือวงกลมรัศมี:

ระยะเวลาการปฏิวัติของอนุภาค:

ระยะทาง h ที่อนุภาคเคลื่อนที่ในเวลา T ไปตามสนามแม่เหล็ก B (ขั้นของวิถีวิถีขดลวด) ถูกกำหนดโดยสูตร:

ชั่วโมง = Vcos และ T . (6)

แกนของเกลียวเกิดขึ้นพร้อมกับทิศทางของสนาม B โดยจุดศูนย์กลางของวงกลมเคลื่อนที่ไปตามเส้นสนาม (รูปที่ 3)

การเคลื่อนที่ของอนุภาคมีประจุที่บินเข้ามาเป็นมุมเลขที่พี /2 ในสนามแม่เหล็ก B

ข้าว. 3

ไม่มีสนามไฟฟ้า

ถ้าสนามไฟฟ้า E หมายเลข 0 การเคลื่อนที่จะซับซ้อนมากขึ้น

ในกรณีเฉพาะ หากเวกเตอร์ E และ B ขนานกัน ในระหว่างการเคลื่อนที่ องค์ประกอบความเร็ว V 11 ซึ่งขนานกับสนามแม่เหล็กจะเปลี่ยนไป ซึ่งเป็นผลมาจากการที่ระยะพิทช์ของวิถีโคจรของขดลวด (6) เปลี่ยนไป

ในกรณีที่ E และ B ไม่ขนานกัน จุดศูนย์กลางการหมุนของอนุภาคจะเคลื่อนที่ เรียกว่าดริฟท์ ซึ่งตั้งฉากกับสนาม B ทิศทางการดริฟท์ถูกกำหนดโดยผลคูณเวกเตอร์และไม่ขึ้นอยู่กับสัญญาณของประจุ

อิทธิพลของสนามแม่เหล็กที่มีต่ออนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่ทำให้เกิดการกระจายตัวของกระแสไฟฟ้าเหนือส่วนตัดขวางของตัวนำซึ่งปรากฏในปรากฏการณ์เทอร์โมแมกเนติกและกัลวาโนแมกเนติก

ผลกระทบนี้ถูกค้นพบโดยนักฟิสิกส์ชาวดัตช์ H.A. ลอเรนซ์ (1853-1928)

ลักษณะการกำหนดเวลา

เวลาเริ่มต้น (บันทึกเป็น -15 ถึง -15)

อายุการใช้งาน (บันทึก tc จาก 15 ถึง 15)

เวลาย่อยสลาย (log td จาก -15 ถึง -15)

เวลาของการพัฒนาที่เหมาะสมที่สุด (บันทึก tk จาก -12 ถึง 3)

แผนภาพ:

การใช้งานทางเทคนิคของเอฟเฟกต์

การดำเนินการทางเทคนิคของกองกำลัง Lorentz

การดำเนินการทางเทคนิคของการทดลองเพื่อสังเกตผลกระทบของแรงลอเรนซ์ต่อประจุที่กำลังเคลื่อนที่มักจะค่อนข้างซับซ้อน เนื่องจากอนุภาคที่มีประจุที่สอดคล้องกันนั้นมีขนาดโมเลกุลที่มีลักษณะเฉพาะ ดังนั้น การสังเกตวิถีการเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กจำเป็นต้องอพยพปริมาตรการทำงานเพื่อหลีกเลี่ยงการชนที่ทำให้วิถีวิถีบิดเบี้ยว ดังนั้น ตามกฎแล้ว การติดตั้งสาธิตดังกล่าวไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดยเฉพาะ วิธีที่ง่ายที่สุดในการสาธิตนี้คือการใช้เครื่องวิเคราะห์มวลแม่เหล็กเซกเตอร์ Nier มาตรฐาน ดูเอฟเฟกต์ 409005 ซึ่งการทำงานขึ้นอยู่กับแรงลอเรนซ์ทั้งหมด

การใช้เอฟเฟ็กต์

การใช้งานทั่วไปในเทคโนโลยีคือเซ็นเซอร์ Hall ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีการวัด

วางแผ่นโลหะหรือสารกึ่งตัวนำไว้ในสนามแม่เหล็ก B เมื่อกระแสไฟฟ้าที่มีความหนาแน่น j ถูกส่งผ่านไปในทิศทางที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก สนามไฟฟ้าตามขวางจะเกิดขึ้นในแผ่น โดยความเข้มของ E ตั้งฉากกับทั้งเวกเตอร์ j และ B จากข้อมูลการวัดจะพบ B

ผลกระทบนี้อธิบายได้จากการกระทำของแรงลอเรนซ์ต่อประจุที่กำลังเคลื่อนที่

แมกนีโตมิเตอร์แบบกัลวาโนแมกเนติก แมสสเปกโตรมิเตอร์ เครื่องเร่งอนุภาคที่มีประจุ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแมกนีโตไฮโดรไดนามิก

วรรณกรรม

1. ศิวะคิน ดี.วี. วิชาฟิสิกส์ทั่วไป - อ.: Nauka, 2520 - ต.3 ไฟฟ้า.

2. พจนานุกรมสารานุกรมกายภาพ - ม., 1983.

3. เดตลาฟ เอ.เอ., ยาวอร์สกี้ บี.เอ็ม. วิชาฟิสิกส์ - ม.: อุดมศึกษา, 2532.

คำหลัก

• ค่าไฟฟ้า
• การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก
• สนามแม่เหล็ก
• ความแรงของสนามไฟฟ้า
• ลอเรนซ์ ฟอร์ซ
• ความเร็วของอนุภาค
• รัศมีวงกลม
• ระยะเวลาการไหลเวียน
• สนามเส้นทางลาน
• อิเล็กตรอน
• โปรตอน
• โพซิตรอน

สาขาวิชาวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ: