Что такое сила Лоренца, каковы величина и направления этой силы. Как определить сила лоренца


Как определить силу Лоренца

Содержание

  1. Инструкция

Как определить силу Лоренца

Действие магнитного поля на проводник с током означает, что магнитное поле влияет на движущиеся электрические заряды. Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называют силой Лоренца в честь голландского физика Х. Лоренца

Инструкция

  • Сила - величина векторная, значит можно определить ее числовое значение (модуль) и направление (вектор).Модуль силы Лоренца (Fл)равен отношению модуля силы F, действующей на участок проводника с током длиной ∆l, к числу N заряженных частиц, упорядоченно движущихся на этом участке проводника: Fл = F/N (формула 1). Вследствие, несложных физических преобразований, силу F можно представить в виде: F= q*n*v*S*l*B*sina (формула 2), где q – заряд движущейся частицы, n – концентрация частиц на участке проводника, v – скорость частицы, S –площадь поперечного сечения участка проводника, l –длина участка проводника, B – магнитная индукция, sina – синус угла между векторами скорости и индукции. А количество движущихся частиц преобразовать до вида: N=n*S*l (формула 3). Подставьте формулы 2 и 3 в формулу 1, сократите величины n, S, l, получается расчетная формула для силы Лоренца: Fл = q*v*B*sin a. Значит, для решения простых задач на нахождение силы Лоренца, определите в условии задания следующие физические величины: заряд движущейся частицы, ее скорость, индукцию магнитного поля, в которой частица движется, и угол между скоростью и индукцией.
  • Перед решением задачи убедитесь, что все величины измерены в соответствующих друг другу или интернациональной системе единицах. Для получения в ответе ньютонов (Н - единица силы), заряд должен измеряться в кулонах (К), скорость – в метрах на секунду (м/с), индукция – в теслах (Тл), синус альфа – не измеряемое число.Пример 1. В магнитном поле, индукция которого 49 мТл, движется заряженная частица 1 нКл, со скоростью 1 м/с. Векторы скорости и магнитной индукции взаимоперпендикулярны. Решение. B = 49 мТл = 0,049 Тл, q =1 нКл = 10 ^ (-9) Кл, v = 1 м/с, sin a = 1, Fл = ?Fл = q*v*B*sin a = 0,049 Тл * 10 ^ (-9) Кл * 1 м/с * 1 =49* 10 ^(12).
  • Направление силы Лоренца определяется правилом левой руки. Для его применения представьте следующее взаиморасположение трех перпендикулярных друг другу векторов. Расположите левую руку так, чтобы вектор магнитной индукции входил в ладонь, четыре пальца были направлены в сторону движения положительной (против движения отрицательной) частицы, тогда отогнутый на 90 градусов большой палец укажет направление силы Лоренца см рисунок).Применяется сила Лоренца в телевизионных трубках мониторов, телевизоров.

completerepair.ru

Сила Лоренца | Все формулы

Сила Лоренца — Сила, с которой, электромагнитное поле действует на точечную заряженную частицу

\Large F_l=q\left[\upsilon \cdot B \right]

\Large F_l=q\upsilon Bsin\alpha

Сила Лоренца (Правило левой руки)

Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки — Если поставить левую руку так, чтобы перпендикулярная скорости составляющая вектора индукции входила в ладонь, а четыре пальца были бы расположены по направлению скорости движения положительного заряда (или против направления скорости отрицательного заряда), то отогнутый большой палец укажет направление силы Лоренца

Сила Лоренца

Так как сила Лоренца всегда перпендикулярна скорости заряда, то она не совершает работы.

Рассмотрим 2 вида движения заряженных частиц:

1) Если заряженная частица движется параллельно силовым линиям магнитного поля, то Сила Лоренца равняется нулю Fл = 0 , и заряд в магнитном поле движется равномерно и прямолинейно.

2) Если заряженная частица движется перпендикулярно силовым линиям магнитного поля, то сила Лоренца является центростремительной и равна :

\Large F_l=ma_ц=m\frac{\upsilon ^2}{R}

Сила Лоренца (движение частицы по окружности)

Радиус данной окружности будет равен:

\Large R=\frac{m\upsilon }{qB}

В формуле мы использовали :

F_l — Сила Лоренца

 q — Заряд электрона

 \upsilon — Скорость заряда

 B — Магнитная индукция

 \alpha — Угол между вектором магнитной индукцией и вектором скорости

 a_ц — Центростремительное ускорение

 R — Радиус окружности

xn--b1agsdjmeuf9e.xn--p1ai

Как определить направление силы Лоренца

Сила Лоренца определяет интенсивность воздействия электрического поля на точечный заряд. В одних случаях под ней подразумевается сила, с которой на заряд q, тот, что движется со скоростью V, действует магнитное поле, в иных имеется ввиду суммарное влияние электрического и магнитного полей.

Инструкция

1. Дабы определить направление силы Лоренца , было сделано мнемоническое правило левой руки. Его легко запомнить вследствие тому, что направление определяется с подмогой пальцев. Раскройте ладонь левой руки и выпрямите все пальцы. Огромный палец отогните под углом в 90 градусов по отношению ко каждым остальным пальцам, в одной плоскости с ладонью.

2. Представьте, что четыре пальца ладони, которые вы удерживаете совместно, указывают направление скорости движения заряда, если он правильный, либо противоположное скорости направление , если заряд негативный.

3. Вектор магнитной индукции, тот, что неизменно направлен перпендикулярно скорости, будет, таким образом, входить в ладонь. Сейчас посмотрите, куда указывает крупный палец – это и есть направление силы Лоренца .

4. Сила Лоренца может быть равна нулю и не иметь векторной составляющей. Это происходит в том случае, когда траектория заряженной частицы расположена параллельно силовым линиям магнитного поля. В таком случае частица имеет откровенную траекторию движения и непрерывную скорость. Сила Лоренца никак не влияет на движение частицы, так как в этом случае она вообще отсутствует.

5. В самом простом случае заряженная частица имеет траекторию движения, перпендикулярную силовым линиям магнитного поля. Тогда сила Лоренца создает центростремительное убыстрение, вынуждая заряженную частицу двигаться по окружности.

Абсолютно разумно и внятно, что на различных участках пути скорость движения тела неравномерно, где-то она стремительней, а где-то неторопливей. Для того, дабы измерять метаморфозы скорости тела за интервалы времени, было введено представление «ускорение «. Под ускорение м воспринимается метаморфоза скорости движения объекта тела за определенный интервал времени, в тот, что и случилось метаморфоза скорости.

Вам понадобится

  • Знать скорость перемещения объекта на различных участках в различные интервалы времени.

Инструкция

1. Определение убыстрения при равномерно-ускоренном движении.Такой тип движения обозначает, что объект за равные интервалы времени ускоряется на одно и то же значение. Пускай в один из моментов движения t1 скорость его движения была бы v1, а в момент t2 скорость бы составляла v2. Тогда ускорение объекта дозволено было бы рассчитать по формуле:a = (v2-v1)/(t2-t1)

2. Определение убыстрения объекта, если у него не равномерно-ускоренное движение.В данном случае вводится представление «среднее ускорение «. Это представление характеризует метаморфоза скорости объекта за все время его передвижения по заданному пути. Формулой это выражается так:a = (v2-v1)/t

Магнитная индукция является векторной величиной, а потому помимо безусловной величины характеризуется направлением . Дабы обнаружить его, надобно обнаружить полюса непрерывного магнита либо направление тока, тот, что порождает магнитное поле.

Вам понадобится

  • — эталонный магнит;
  • — источник тока;
  • — правый буравчик;
  • — прямой проводник;
  • — катушка, виток провода, соленоид.

Инструкция

1. Определите направление вектора магнитной индукции непрерывного магнита. Для этого обнаружьте его северный и южный полюс. Обыкновенно северный полюс магнита имеет синий цвет, а южный ¬– алый. Если полюса магнита неведомы, возьмите эталонный магнит и поднесите его северным полюсом к незнакомому. Тот конец, тот, что притянется к северному полюсу эталонного магнита, будет южным полюсом магнита, индукция поля которого измеряется. Линии магнитной индукции выходят из северного полюса и входят в южный полюс. Вектор в всякой точке линии идет в направлении линии по касательной.

2. Определите направление вектора магнитной индукции прямого проводника с током. Ток идет от позитивного полюса источника к негативному. Возьмите буравчик, тот, что вкручивается при вращении по часовой стрелке, он именуется правый. Начните вкручивать его в том направлении, куда идет ток у проводнике. Вращение рукояти покажет направление замкнутых круговых линий магнитной индукции. Вектор магнитной индукции в этом случае будет проходить по касательной к окружности.

3. Обнаружьте направление магнитного поля витка с током, катушки либо соленоида. Для этого подключите проводник к источнику тока. Возьмите правый буравчик и вращайте его рукоятку в направлении тока, идущего по виткам от правильного полюса источника тока к негативному. Поступательное движение штока буравчика покажет направление силовых линий магнитного поля. Скажем, если рукоятка буравчика вращается по направлению тока вопреки часовой стрелки (налево), то он, выкручиваясь, поступательно движется в сторону наблюдателя. Следственно силовые линии магнитного поля направлены тоже в сторону наблюдателя. Внутри витка, катушки либо соленоида линии магнитного поля прямые, по направлению и безусловной величине совпадают с вектором магнитной индукции.

Полезный совет В качестве правого буравчика дозволено применять обыкновенный штопор для открывания бутылок.

Индукция появляется в проводнике при пересечении силовых линий поля, если его перемещать в магнитном поле. Индукция характеризуется направлением, которое дозволено определить по установленным правилам.

Вам понадобится

  • — проводник с током в магнитном поле;
  • — буравчик либо винт;
  • — соленоид с током в магнитном поле;

Инструкция

1. Дабы узнать направление индукции, следует воспользоваться одним из 2-х правил: правилом буравчика либо правилом правой руки. Первое применяется в основном для прямого провода, в котором течет ток. Правило правой руки используют для катушки либо соленоида, питаемого током.

2. Правило буравчика говорит:Если направление буравчика либо винта, движущегося поступательно, такое же как ток в проводе, то поворот ручки буравчика показывает направление индукции.

Правило буравчика

3. Дабы узнать направление индукции по правилу буравчика, определите полярность провода. Ток неизменно течет от правильного полюса к негативному. Расположите буравчик либо винт по провода с током: носик буравчика должен глядеть на негативный полюс, а рукоятка в сторону позитивного. Начните вращать буравчик либо винт как бы закручивая его, то есть по часовой стрелке. Возникающая индукция имеет вид замкнутых окружностей вокруг питаемого током провода. Направление индукции будет совпадать с направлением вращения рукоятки буравчика либо шляпки винта.

Вращение рукоятки буравчика указывает направление индукции

4. Правило правой руки говорит:Если взять катушку либо соленоид в ладонь правой руки, дабы четыре пальца лежали по направлению течения тока в витках, то крупной палец, отставленный в бок, укажет направление индукции.

Правило правой руки

5. Дабы определить направление индукции, применяя правило правой руки, нужно взять соленоид либо катушку с током так, дабы ладонь лежала на правильном полюсе, а четыре пальца руки по направлению тока в витках: мизинец ближе к плюсу, а указательный палец к минусу. Отставьте крупной палец в бок (как бы показывая жест «класс»). Направление большого пальца будет указывать на направление индукции.

Видео по теме

Обратите внимание! Если направление тока в проводнике поменять, тогда буравчик следует выкручивать, то есть вращать его супротив часовой стрелки. Направление индукции также будет совпадать с направлением вращения рукоятки буравчика.

Полезный совет Вы можете определить направление индукции мысленно представляя себе вращение буравчика либо винта. Не непременно иметь его под рукой.

Под линиями индукции понимают силовые линии магнитного поля. Для того дабы получить информацию об этом виде материи, неудовлетворительно знать безусловную величину индукции, необходимо знать и ее направление. Направление линий индукции дозволено обнаружить при помощи особых приборов либо пользуясь правилами.

Вам понадобится

  • — прямой и круговой проводник;
  • — источник непрерывного тока;
  • — непрерывный магнит.

Инструкция

1. Подключите к источнику непрерывного тока прямой проводник. Если по нему течет ток, он окружен магнитным полем, силовые линии которого представляют собой концентрические окружности. Определите направление силовых линий, воспользовавшись правилом правого буравчика. Правым буравчиком именуется винт, продвигающийся вперед при вращении в правую сторону (по часовой стрелке).

2. Определите направление тока в проводнике, рассматривая, что он протекает от правильного полюса источника к негативному. Шток винта расположите параллельно проводнику. Начинайте вращать его так, дабы шток начал двигаться в направлении тока. В этом случае направление вращения рукоятки покажет направление линий индукции магнитного поля.

3. Обнаружьте направление силовых линий индукции витка с током. Для этого используйте то же правило правого буравчика. Буравчик расположите таким образом, дабы рукоятка вращалась в направлении протекания тока. В этом случае движение штока буравчика покажет направление линий индукции. Скажем, если ток протекает в витке по часовой стрелке, то линии магнитной индукции будут перпендикулярны плоскости витка и будут уходить в его плоскость.

4. Если проводник двигается во внешнем однородном магнитном поле, определите его направление, пользуясь правилом левой руки. Для этого расположите левую руку так, дабы четыре пальца показывали направление тока, а отставленный огромный палец, направление движения проводника. Тогда линии индукции однородного магнитного поля будут входить в ладонь левой руки.

5. Обнаружьте направление линий магнитной индукции непрерывного магнита. Для этого определите, где расположены его северный и южный полюса. Линии магнитной индукции направлены от северного к южному полюсу вне магнита и от южного полюса к северному внутри непрерывного магнита.

Видео по теме

Для того дабы определить модуль точечных зарядов идентичной величины, измерьте силу их взаимодействия и расстояние между ними и произведите расчет. Если же надобно обнаружить модуль заряда отдельных точечных тел, вносите их в электрическое поле с знаменитой напряженностью и измеряйте силу, с которой поле действует на эти заряды.

Вам понадобится

  • — крутильные весы;
  • — линейка;
  • — калькулятор;
  • — измеритель электростатического поля.

Инструкция

1. Если есть два идентичных по модулю заряда, измерьте силу их взаимодействия при помощи крутильных весов Кулона, которые единовременно являются эмоциональным динамометром. Позже того, как заряды придут в баланс, и проволока весов скомпенсирует силу электрического взаимодействия, на шкале весов зафиксируйте значение этой силы. Позже этого при помощи линейки, штангенциркуля, либо по особой шкале на весах обнаружьте расстояние между этими зарядами. Рассматривайте, что разноименные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются. Силу измеряйте в Ньютонах, а расстояние в метрах.

2. Рассчитайте значение модуля одного точечного заряда q. Для этого силу F, с которой взаимодействуют два заряда, поделите на показатель 9•10^9. Из полученного итога извлеките квадратный корень. Итог умножьте на расстояние между зарядами r, q=r•?(F/9•10^9). Заряд получите в Кулонах.

3. Если заряды неодинаковые, то один из них должен быть предварительно знаменит. Силу взаимодействия вестимого и неведомого заряда и расстояние между ними определите при помощи крутильных весов Кулона. Рассчитайте модуль неведомого заряда. Для этого силу взаимодействия зарядов F, поделите на произведение показателя 9•10^9 на модуль вестимого заряда q0. Из получившегося числа извлеките квадратный корень и умножьте итог на расстояние между зарядами r; q1=r•?(F/(9•10^9•q2)).

4. Определите модуль незнакомого точечного заряда, внеся его в электростатическое поле. Если его напряженность в данной точке предварительно неведома, внесите в нее датчик измерителя электростатического поля. Напряженность измеряйте в вольтах на метр. Внесите в точку с вестимой напряженностью заряд и с поддержкой эмоционального динамометра измерьте силу в Ньютонах, действующую на него. Определите модуль заряда, поделив значение силы F на напряженность электрического поля E; q=F/E.

Видео по теме

Обратите внимание! Сила Лоренца была открыта в 1892 году Хендриком Лоренцом, физиком из Голландии. Сегодня она довольно зачастую используется в разных электроприборах, действие которых зависит от траектории движущихся электронов. Скажем, это электронно-лучевые трубки в телевизорах и мониторах. Всевозможные ускорители, разгоняющие заряженные частицы до больших скоростей, посредством силы Лоренца задают орбиты их движения.

Полезный совет Частным случаем силы Лоренца является сила Ампера. Ее направление вычисляют по правилу левой руки.

jprosto.ru

Формула силы Лоренца

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Сила Лоренца – сила, действующая на точечную заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле.

Она равна произведению заряда, модуля скорости частицы, модуля вектора индукции магнитного поля и синуса угла между вектором магнитного поля и скоростью движения частицы.

    \[ F = q \cdot v \cdot B \cdot \sin \alpha \]

Здесь F – сила Лоренца, q – заряд частицы, B – модуль вектора индукции магнитного поля, v – скорость частицы, \alpha – угол между вектором индукции магнитного поля и направления движения.

Единица измерения силы – Н (ньютон).

Сила Лоренца — векторная величина. Сила Лоренца принимает своё наибольшее значение когда векторы индукции и направления скорости частицы перпендикулярны (\alpha = 90 ^\circ).

Направление силы Лоренца определяют по правилу левой руки:

Если вектор магнитной индукции входит в ладонь левой руки и четыре пальца вытянуты в сторону направления вектора движения тока, тогда отогнутый в сторону большой палец показывает направление силы Лоренца.

В однородном магнитном поле частица будет двигаться по окружности, при этом сила Лоренца будет центростремительной силой. Работа при этом не будет совершаться.

Примеры решения задач по теме «Сила Лоренца»

ПРИМЕР 1
Задание Найти силу Лоренца, действующую на частицу с зарядом 10 Кл, движущаяся со скоростью 9 м/с под углом 60 ^\circ к вектору магнитной индукции.Индукция магнитного поля равна 3 Тл.
Решение Подставим значения в формулу:

    \[ F = q \cdot v \cdot B \cdot \sin \alpha = 10 \cdot 9 \cdot 3 \cdot \sin 60 ^\circ \approx 270 \cdot 0,866 \approx 233,83 (H) \]

Ответ Сила Лоренца приблизительно равна 233,83 ньютон.
ПРИМЕР 2
Задание Под действием силы Лоренца частица массы m с зарядом q движется по окружности. Магнитное поле однородно, его напряжённость равна B. Найти центростремительное ускорение частицы.
Решение Вспомним формулу силы Лоренца:

    \[ F = q \cdot v \cdot B \cdot \sin \alpha \]

Кроме того, по 2 закону Ньютона:

    \[ F = m a \]

В данном случае сила Лоренца направлена к центру окружности и ускорение, ею создаваемое, направлено туда же, то есть это и есть центростремительное ускорение. Значит:

    \[ F = q \cdot v \cdot B \cdot \sin \alpha = ma \text{ } \rightarrow \text{ } a = \frac{q \cdot v \cdot B \cdot \sin \alpha}{m} \]

Осталось узнать α. Обратим внимание на рисунок. \alpha – это угол между вектором скорости и направлением вектора магнитной индукции. Нетрудно увидеть, что эти векторы перпендикулярны, т.е. \alpha = 90 ^\circ.

    \[ \sin 90 ^\circ = 1 \]

Значит:

    \[ a = \frac{q \cdot v \cdot B}{m} \]

Ответ
Понравился сайт? Расскажи друзьям!

ru.solverbook.com

1.4. Сила Лоренца. Правило левой руки для определения направления силы Лоренца

Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называют силой Лоренца. Опытным путём установлено, что сила, действующая в магнитном поле на заряд , перпендикулярна векторами, а ее модуль определяется формулой:

,

где – угол между векторами и.

Направление силы Лоренца определяется правилом левой руки (рис. 6):

если вытянутые пальцы расположить по направлению скорости положительного заряда, а силовые линии магнитного поля будут входить в ладонь, то отогнутый большой палец укажет направление силы , действующей на заряд со стороны магнитного поля.

Для отрицательного заряда направление следует изменить на противоположное.

Рис. 6. Правило левой руки для определения направления силы Лоренца.

1.5. Сила Ампера. Правило левой руки для определения направления силы Ампера

Экспериментально установлено, что на проводник с током, находящийся в магнитном поле, действует сила, получившая название силы Ампера (см. п. 1.3.). Направление силы Ампера (рис. 4) определяется правилом левой руки (см. п. 1.3).

Модуль силы Ампера вычисляется по формуле

,

где – сила тока в проводнике,- индукция магнитного поля,- длина проводника,- угол между направлением тока и вектором.

1.6. Магнитный поток

Магнитным потоком сквозь замкнутый контур называется скалярная физическая величина, равная произведению модуля вектора на площадьконтура и на косинус угламежду вектором и нормалью к контуру (рис. 7):

Рис. 7. К понятию магнитного потока

Магнитный поток наглядно можно истолковать как величину, пропорциональную числу линий магнитной индукции, пронизывающих поверхность площадью .

Единицей магнитного потока является вебер .

Магнитный поток в 1 Вб создается однородным магнитным полем с индукцией 1 Тл через поверхность площадью 1 м2, расположенную перпендикулярно вектору магнитной индукции:

1 Вб =1 Тл·м2.

2. Электромагнитная индукция

2.1. Явление электромагнитной индукции

В 1831г. Фарадей обнаружил физическое явление, получившее название явления электромагнитной индукции (ЭМИ), заключающееся в том, что при изменении магнитного потока, пронизывающего контур, в нем возникает электрический ток. Полученный Фарадеем ток называется индукционным.

Индукционный ток можно получить, например, если постоянный магнит вдвигать внутрь катушки, к которой присоединен гальванометр (рис. 8, а). Если магнит вынимать из катушки, возникает ток противоположного направления (рис. 8, б).

Индукционный ток возникает и в том случае, когда магнит неподвижен, а движется катушка (вверх или вниз), т.е. важна лишь относительность движения.

Но не при всяком движении возникает индукционный ток. При вращении магнита вокруг его вертикальной оси тока нет, т.к. в этом случае магнитный поток сквозь катушку не изменяется (рис. 8, в), в то время как в предыдущих опытах магнитный поток меняется: в первом опыте он растет, а во втором – уменьшается (рис. 8, а, б).

Направление индукционного тока подчиняется правилу Ленца:

возникающий в замкнутом контуре индукционный ток всегда направлен так, чтобы создаваемое им магнитное поле противодействовало причине, его вызывающей.

Индукционный ток препятствует внешнему потоку при его увеличении и поддерживает внешний поток при его убывании.

Рис. 8. Явление электромагнитной индукции

Ниже на левом рисунке (рис. 9) индукция внешнего магнитного поля , направленного "от нас" (+) растет (>0), на правом – убывает (<0). Видно, чтоиндукционный ток направлен так, что его собственное магнитное поле препятствует изменению внешнего магнитного потока, вызвавшего этот ток.

Рис. 9. К определению направления индукционного тока

studfiles.net

Сила Лоренца: формула, определение и направление

Наряду с силой Ампера, кулоновского взаимодействия, электромагнитными полями в физике часто встречается понятие сила Лоренца. Это явление является одним из основополагающих в электротехнике и электронике, на ряду с законом Кулона, электромагнитной индукцией Фарадея и прочими. Она воздействует на заряды, которые двигаются в магнитном поле. В этой статье мы кратко и понятно рассмотрим, что такое сила Лоренца и где она применяется.

Определение

Когда электроны движутся по проводнику – вокруг него возникает магнитное поле. В то же время, если поместить проводник в поперечное магнитное поле и двигать его – возникнет ЭДС электромагнитной индукции. Если через проводник, который находится в магнитном поле, протекает ток – на него действует сила Ампера.

Сила Ампера и Лоренца

Её величина зависит от протекающего тока, длины проводника, величины вектора магнитной индукции и синуса угла между линиями магнитного поля и проводником. Она вычисляются по формуле:

Формула расчета силы Ампера

Рассматриваемая сила отчасти похожа на ту, что рассмотрена выше, но действует не на проводник, а на движущуюся заряженную частицу в магнитном поле. Формула имеет вид:

Определение силы Лоренца

Важно! Сила Лоренца (Fл) действует на электрон, движущийся в магнитном поле, а на проводник – Ампера.

Из двух формул видно, что и в первом и во втором случае, чем ближе синус угла aльфа к 90 градусам, тем большее воздействие оказывает на проводник или заряд Fа или Fл соответственно.

Итак, сила Лоренца характеризует не изменение величины скорости, а то, какое происходит воздействие со стороны магнитного поля на заряженный электрон или положительный ион. При воздействии на них Fл не совершает работы. Соответственно изменяется именно направление скорости движения заряженной частицы, а не её величина.

Что касается единицы измерения силы Лоренца, как и в случае с другими силами в физике используется такая величина как Ньютон. Её составляющие:

Единица измерения Ньютон

Как направлена сила Лоренца

Чтобы определить направление силы Лоренца, как и с силой Ампера, работает правило левой руки. Это значит, чтобы понять, куда направлено значение Fл нужно раскрыть ладонь левой руки так, чтобы в руку входили линии магнитной индукции, а вытянутые четыре пальца указывали направление вектора скорости. Тогда большой палец, отогнутый под прямым углом к ладони, указывает направление силы Лоренца. На картинке ниже вы видите, как определить направление.

Направление Лоренцевой силы

Внимание! Направление Лоренцового действия перпендикулярно движению частицы и линиям магнитной индукции.

Направление действия силы

При этом, если быть точнее, для положительно и отрицательно заряженных частиц имеет значение направление четырёх развернутых пальцев. Выше описанное правило левой руки сформулировано для положительной частицы. Если она заряжена отрицательно, то линии магнитной индукции должны быть направлены не в раскрытую ладонь, а в её тыльную сторону, а направление вектора Fл будет противоположным.

Направление вектора и линий магнитной индукции

Теперь мы расскажем простыми словами, что даёт нам это явление и какое реальное воздействие она оказывает на заряды. Допустим, что электрон движется в плоскости, перпендикулярной направлению линий магнитной индукции. Мы уже упомянули, что Fл не воздействует на скорость, а лишь меняет направление движения частиц. Тогда сила Лоренца будет оказывать центростремительное воздействие. Это отражено на рисунке ниже.

Центростремительное воздействие

Применение

Из всех сфер, где используется сила Лоренца, одной из масштабнейших является движение частиц в магнитном поле земли. Если рассмотреть нашу планету как большой магнит, то частицы, которые находятся около северного магнитного полюсов, совершают ускоренное движение по спирали. В результате этого происходит их столкновение с атомами из верхних слоев атмосферы, и мы видим северное сияние.

Тем не менее, есть и другие случаи, где применяется это явление. Например:

  • Электронно-лучевые трубки. В их электромагнитных отклоняющих системах. ЭЛТ применялись больше чем 50 лет подряд в различных устройствах, начиная от простейшего осциллографа до телевизоров разных форм и размеров. Любопытно, что в вопросах цветопередачи и работы с графикой некоторые до сих пор используют ЭЛТ мониторы.
  • Электрические машины – генераторы и двигатели. Хотя здесь скорее действует сила Ампера. Но эти величины можно рассматривать как смежные. Однако это сложные устройства при работе которых наблюдается воздействие многих физических явлений.
  • В ускорителях заряженных частиц для того, чтобы задавать им орбиты и направления.

Заключение

Подведем итоги и обозначим четыре основных тезиса этой статьи простым языком:

  1. Сила Лоренца действует на заряженные частицы, которые движутся в магнитном поле. Это вытекает из основной формулы.
  2. Она прямо пропорциональна скорости заряженной частицы и магнитной индукции.
  3. Не влияет на скорость частицы.
  4. Влияет на направление частицы.

Её роль достаточно велика в «электрических» сферах. Специалист не должен упускать из вида основные теоретические сведения об основополагающих физических законах. Эти знания пригодятся, как и тем, кто занимается научной работой, проектированием и просто для общего развития.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезные видео для закрепления изученного материала:

Теперь вы знаете, что такое сила Лоренца, чему она равна и как действует на заряженные частицы. Если возникли вопросы, задавайте их в комментариях под статьей!

Материалы по теме:

samelectrik.ru

Сила Лоренца | Формулы и расчеты онлайн

Сила Лоренца действующая на электрон

В частном случае носителем заряда является электрон. Тогда в формулу (5) в качестве Q следует подставить

\[ е = — 1.602 · 10^{-19} Кл. \]

При определении направления движения электронов с помощью правила левой руки следует учитывать, что направление движения электронов противоположно техническому направлению тока.

Сила Лоренца действующая на электрон и протон

Сила Лоренца действующая на электрон и протон

Величина и направление силы Лоренца определяются соотношением

\[ \vect{F_{L}}= e \vect{v} × \vect{B} \]

где $\vect{v}$, $\vect{B}$ и $\vect{F}$ образуют правую систему.

Для электронов, движущихся перпендикулярно магнитному полю, формула упрощается:

\[ F_{L} = evB \]

Так как сила действует перпендикулярно скорости и направлению поля, она создает центростремительное ускорение, т.е. изменяет направление скорости, не меняя ее величины. Поэтому электрон движется в магнитном поле по окружности.

Вычислить, найти силу Лоренца действующую на электрон или протон

Радиус траектории электрона в магнитном поле

Для определения радиуса круговой траектории электрона приравняем силу Лоренца и центростремительную силу.

Если

rmeevB
радиус круговой траектории электрона,метр
9,11 · 10-31 кг — масса электрона,кг
1,602 · 10-19 Кл — элементарный электрический заряд,Кулон
скорость электрона,м/с
магнитная индукция,Тесла

то, приравнивая обе силы, получаем

\[ evB = \frac{m_{e} · v^{2}}{r} \]

и, следовательно,

\[ r = \frac{m_{e} · v}{eB} \]

Сила Лоренца действующая на протон

Электрический заряд протона равен по модулю заряду электрона, но имеет положительный знак.

\[ p = + 1.602 · 10^{-19} Кл. \]

При определении направления движения протонов с помощью правила левой руки направление движения протонов совпадает с техническим направлением тока и с картинкой.

Таким образом электрон и протон влетая в магнитное поле в одном направлении будут отклоняться в разные стороны.

Сила Лоренца действующая на протон

Сила Лоренца действующая на протон

Величина силы действующая на электрон и на протон будет одинакова (определяется формулой №3), но поскольку протон гораздо тяжелее электрона, радиус закручивания для протона будет больше.

Радиус траектории протона в магнитном поле

Если

rmppvB
радиус круговой траектории протона,метр
1,67 · 10-27 кг — масса протона,кг
1,602 · 10-19 Кл — элементарный электрический заряд,Кулон
скорость протона,м/с
магнитная индукция,Тесла

Радиус траектории для протона будет вычисляться по аналогичной формуле

\[ r = \frac{m_{p} · v}{pB} \]

Из этой формулы видно что при одинаковых скоростях электрона и протона радиус траектории протона будет значительно больше, чем у электрона пропорционально отношению масс этих частиц

В помощь студенту

Сила Лоренца
стр. 665

www.fxyz.ru