Во время изучения школьного курса физики все мы сталкиваемся с таким понятием, как сила Лоренца. Она является основополагающей в понятии электромагнитного поля и взаимодействия частиц.
Наряду с Ампера и законом Кулона она широко используется специалистами в электротехнике.
Рассмотрим подробнее, что же она из себя представляет.
Определение
Согласно школьной физике, движение электрически заряженных частичек по проводнику провоцирует появление поля магнитной природы.
Если провести эксперимент и поместить посредника электрического тока в магнитное поле и, при этом, двигать его в разные стороны, то можно наблюдать зарождение электродвижущей силы электромагнитной индукции.
ЭДС указывает на параметры и работу сторонних сил, которые проявляют активность в цепях разного типа тока. Согласно теории, Ампера действует на посредника, который помещают в поле магнитного типа и по которому проходит электрический ток.
Ампера вычисляется по известной формуле.
Рассмотрим все компоненты формулы.
- I – сила протекающего тока.
- l– длина посредника.
- В – модуль вектора электроиндукции, созданной полем магнитного типа.
- α – угол, который создают вектор индукции и сампосредник.
Что касается Лоренца, то формула для ее вычисления напоминает приведенную выше. Отличие состоит в характере воздействия.
Так, Лоренца воздействует непосредственно на элемент с имеющимся зарядом, которая производит движение в поле магнитного типа. Формула для вычисления имеет поданный ниже вид.
В нее входят следующие элементы.
- В – модуль вектора электрической индукции.
- q– величина заряда.
- v – скорость, с которой движется заряд.
- α – угол,созданный вектором электрической индукции и частицей.
На основании вышесказанного делаем вывод, что сила Лоренца показывает воздействие поля магнитного характера на элемент с зарядом. При этом она не характеризует изменения в скорости движения.
Как видно из формулы, сила Лоренца не совершает работу во время воздействия на частицы. Это означает, что изменения идут в направлении движения, а не в величине скорости.
Проанализировав формулу, модно увидеть, что единицами измерения силы Лоренца являются Ньютоны.
Направление лоренцевой силы
Как известно, определить в какую сторону направлена сила Ампера можно, применив простое правило левой руки. Аналогичным образом можно понять, куда направлена Лоренца.
Суть правила состоит в том, чтобы раскрытую ладонь левой руки разместить определенным образом.
Так, линии индукции должны входить в нее, а четыре пальца будут показывать направление движения векторной составной скорости. Тогда большой палец левой руки, находящийся под прямым углом к раскрытой ладони и будет показывать направление силы Лоренца.
Если необходимо определить сторону, в которую движется сила с учетом заряда, то стоит быть внимательным. Выше описанное правило работает при положительном заряде.
Если же иметь дело с отрицательной частицей, то оно немного меняет вид. Так, вектор индукции должен входить не в ладонь, а в тыльную сторону руки. Таким образом, направление Лоренца будет обратным к аналогичному с положительным зарядом.
Выше были описаны основные понятия и теория. Так каково же реальное воздействие силы на частицы с имеющимся зарядом? Рассмотрим пример.
Пускай мы имеет частицу, знак заряда которой положительный. Она совершает движение в перпендикулярной к линиям индукции плоскости. Тогда, согласно правилу левой руки, частица будет двигаться к центру.
Использование
Наиболее масштабно Лоренца проявляет себя в отношении нашей планеты. Ярким примером такового воздействия является северное сияние.
Так, Земля представляет собой магнит большого размера. В результате находящиеся на северном полюсе частицы движутся по спиралевидным орбитам.
В следствии ускоренного движения, частицы сталкиваются с присутствующими атомами в верхних слоях атмосферы. В результате таких столкновений наблюдается северное сияние.
Что касается более бытового применения, то примеры приведены ниже.
- Электронно-лучевые трубки широко известны благодаря наличию в старых моделях телевизоров. Кроме этого, они широко использовались в мониторах осциллографа.
- Генераторы и двигатели соединяют в себе работу двух основополагающих сил – Ампера и Лоренца.
- В ускорителях частиц с наличием заряда, Лоренца помогает задать им направление движения и форму орбиты.
Подведем итоги
Таким образом, можно подытожить полученные знания в нескольких тезисах.
- Лоренца представляет собой воздействие на частицы с имеющимся зарядом во время совершения движения в поле магнитного характера.
- Согласно формуле, Лоренца прямо пропорциональна скорости, с которой двигаются частицы и вектору электромагнитной индукции.
- Важно помнить, что сила не влияет на величину скорости, она способна влиять на направление движения.
Лоренца, по большей части, используется для изучения частиц в электромагнитных полях в специализированных лабораториях. При научных экспериментах нельзя забывать о ее влиянии или упускать ее из виду.