Формула на силата на Лоренц. Силата на Лоренц и всичко за нея Свойства на силата на Лоренц
Силата на Лоренц е силата, която действа от страна на електрическо тяло магнитно полекъм движещ се електрически заряд. Доста често само магнитната компонента на това поле се нарича сила на Лоренц. Формула за определяне:
F = q(E+vB),
Където р— заряд на частиците;д— напрегнатост на електрическото поле;Б— индукция на магнитно поле;v— скорост на частиците.
Силата на Лоренц е много подобна по принцип на, разликата е, че последната действа върху целия проводник, който обикновено е електрически неутрален, и Силата на Лоренц описва влиянието на електромагнитното полесамо за единичен движещ се заряд.
Характеризира се с това, че не променя скоростта на движение на зарядите, а влияе само върху вектора на скоростта, т.е. способен е да променя посоката на движение на заредените частици.
В природата силата на Лоренц ни позволява да защитим Земята от въздействието на космическата радиация. Под негово влияние заредените частици, падащи върху планетата, се отклоняват от правата траектория поради наличието на магнитното поле на Земята, причинявайки полярни сияния.
В технологията силата на Лоренц се използва много често: във всички двигатели и генератори това задвижва роторапод въздействието на електромагнитното поле на статора.
По този начин във всички електродвигатели и електрически задвижвания основният тип сила е Лоренциан. Освен това се използва в ускорители на заредени частици, както и в електронни пушки, които преди това са били инсталирани в тръбни телевизори. В кинескопа електроните, излъчени от пистолет, се отклоняват под въздействието на електромагнитно поле, което възниква с участието на силата на Лоренц.
Освен това тази сила се използва в масовата спектрометрия и масовата електрография за инструменти, които могат да сортират заредени частици въз основа на техния специфичен заряд (съотношението на заряда към масата на частиците). Това дава възможност да се определи масата на частиците с висока точност. Той намира приложение и в други инструменти, например в безконтактен метод за измерване на потока на електропроводими течни среди (разходомери). Това е много уместно, ако течна средаима много висока температура (топене на метали, стъкло и др.).
Определение за сила на Лоренц
Силата на Лоренц е комбинация от магнитна и електрическа сила върху точков заряд, който се причинява от електромагнитни полета. Или с други думи, силата на Лоренц е сила, действаща върху всяка заредена частица, която пада в магнитно поле с определена скорост. Стойността му зависи от големината на магнитната индукция IN, електрически заряд на частицата ри скоростта, с която частицата пада в полето – V. Прочетете, за да научите за формулата за изчисляване на силата на Лоренц, както и нейното практическо значение във физиката.
Малко история
Първите опити за описание на електромагнитната сила са направени още през 18 век. Учените Хенри Кавендиш и Тобиас Майер предложиха, че силата върху магнитните полюси и електрически заредените обекти се подчинява на закона на обратния квадрат. Експерименталното доказателство на този факт обаче не беше пълно и убедително. Едва през 1784 г. Шарл Августин дьо Кулон, използвайки своята торсионна везна, успя най-накрая да докаже това предположение.
През 1820 г. физикът Ерстед открива факта, че волтовият ток действа върху магнитната стрелка на компаса, а Андре-Мари Ампер през същата година успява да разработи формула за ъгловата зависимост между два токови елемента. Всъщност тези открития станаха основата на съвременната концепция за електрическите и магнитните полета. Самата концепция получи своето по-нататъчно развитиев теориите на Майкъл Фарадей, особено в идеята му за силовите линии. Лорд Келвин и Джеймс Максуел добавиха подробни математически описания към теориите на Фарадей. По-специално, Максуел създава така нареченото „уравнение на полето на Максуел“ - което е система от диференциални и интегрални уравнения, които описват електромагнитното поле и връзката му с електрически заряди и токове във вакуум и непрекъсната среда.
Томпсън беше първият физик, който се опита да изведе от уравнението на полето на Максуел електромагнитната сила, която действа върху движещ се зареден обект. През 1881 г. той публикува своята формула F = q/2 v x B. Но поради някои грешни изчисления и непълно описание на тока на отклонение, тя се оказа не съвсем правилна.
И накрая, през 1895 г. холандският учен Хендрик Лоренц извежда правилната формула, която се използва и днес и също носи неговото име, точно както силата, която действа върху летяща частица в магнитно поле, сега се нарича „сила на Лоренц“. ”
Формула на силата на Лоренц
Формулата за изчисляване на силата на Лоренц е следната:
Където q е електрическият заряд на частицата, V е нейната скорост и B е големината на магнитната индукция на магнитното поле.
В този случай полето B действа като сила, перпендикулярна на посоката на вектора на скоростта V на товарите и посоката на вектора B. Това може да се илюстрира на диаграмата:
Правилото на лявата ръка позволява на физиците да определят посоката и връщането на вектора на магнитната (електродинамична) енергия. Представете си, че лявата ни ръка е разположена по такъв начин, че линиите на магнитното поле са насочени перпендикулярно на вътрешната повърхност на ръката (така че проникват в ръката), а всички пръсти с изключение на палеца сочат по посока на потока положителен ток, отклоненият палец показва посоката на електродинамичната сила, действаща върху положителен заряд, поставен в това поле.
Ето как ще изглежда схематично.
Има и втори начин за определяне на посоката на електромагнитната сила. Състои се от поставяне на палеца, показалеца и средния пръст под прав ъгъл. В този случай показалецът ще покаже посоката на линиите на магнитното поле, средният пръст ще покаже посоката на движение на тока, а палецът ще покаже посоката на електродинамичната сила.
Приложение на силата на Лоренц
Силата на Лоренц и нейните изчисления имат свои собствени практическа употребав създаването както на специални научни инструменти - масспектрометри, използвани за идентифициране на атоми и молекули, така и в създаването на много други устройства за голямо разнообразие от приложения. Устройствата включват електрически двигатели, високоговорители и релсови оръдия.
но какво общо има токът тогава
защотоnSд л – брой зареждания в обем Сд л, Тогава за едно зареждане
или
| , | (2.5.2) |
Сила на Лоренц – сила, упражнявана от магнитно поле върху положителен заряд, движещ се със скорост(тук е скоростта на подреденото движение на носителите на положителен заряд). Модул на силата на Лоренц:
| , | (2.5.3) |
където α е ъгълът между И .
От (2.5.4) става ясно, че заряд, движещ се по правата, не се влияе от сила ().
| Лоренц Хендрик Антон(1853–1928) – холандски физик-теоретик, създател на класическата електронна теория, член на Холандската академия на науките. Той изведе формула, свързваща диелектричната константа с плътността на диелектрика, даде израз за силата, действаща върху движещ се заряд в електромагнитно поле (сила на Лоренц), обясни зависимостта на електрическата проводимост на веществото от топлопроводимостта и развива теорията за дисперсията на светлината. Разработи електродинамиката на движещи се тела. През 1904 г. той извежда формули, свързващи координатите и времето на едно и също събитие в две различни инерциални отправни системи (трансформации на Лоренц). |
Силата на Лоренц е насочена перпендикулярно на равнината, в която лежат векторите И . Към движещ се положителен заряд прилага се правилото на лявата ръка или« gimlet rule"(фиг. 2.6).
Следователно посоката на силата за отрицателен заряд е противоположна на Правилото на дясната ръка се прилага за електроните.
Тъй като силата на Лоренц е насочена перпендикулярно на движещия се заряд, т.е. перпендикулярен ,работата, извършена от тази сила, винаги е нула . Следователно, действайки върху заредена частица, силата на Лоренц не може да промени кинетичната енергия на частицата.
Често Силата на Лоренц е сборът от електрически и магнитни сили:
 ,
|
(2.5.4) |
тук електрическата сила ускорява частицата и променя нейната енергия.
Всеки ден наблюдаваме ефекта на магнитната сила върху движещ се заряд на телевизионен екран (фиг. 2.7).
Движението на електронния лъч по равнината на екрана се стимулира от магнитното поле на отклоняващата намотка. Ако доближите постоянен магнит до равнината на екрана, можете лесно да забележите ефекта му върху електронния лъч по изкривяванията, които се появяват в изображението.
Действието на силата на Лоренц в ускорителите на заредени частици е описано подробно в раздел 4.3.
« Физика - 11 клас"
Магнитното поле действа със сила върху движещи се заредени частици, включително проводници с ток.
Каква е силата, действаща върху една частица?
1.
Силата, действаща върху движеща се заредена частица от магнитно поле, се нарича Сила на Лоренцв чест на великия холандски физик Х. Лоренц, създал електронната теория за структурата на материята.
Силата на Лоренц може да се намери с помощта на закона на Ампер.
Модул на силата на Лоренце равно на съотношението на модула на силата F, действаща върху секция от проводник с дължина Δl към броя N на заредените частици, движещи се по подреден начин в тази секция на проводника:
Тъй като силата (силата на Ампер), действаща върху участък от проводник от магнитното поле
равна на F = | аз | BΔl sin α,
а силата на тока в проводника е равна на I = qnvS
Където
q - заряд на частицата
n - концентрация на частици (т.е. броят на зарядите на единица обем)
v - скорост на частиците
S е напречното сечение на проводника.
Тогава получаваме:
Всеки движещ се заряд се влияе от магнитното поле Сила на Лоренц, равна на:
където α е ъгълът между вектора на скоростта и вектора на магнитната индукция.
Силата на Лоренц е перпендикулярна на векторите и.
2.
Посока на силата на Лоренц
Посоката на силата на Лоренц се определя с помощта на същата правила на лявата ръка, което е същото като посоката на силата на Ампер:
Ако лявата ръка е разположена така, че компонентът на магнитната индукция, перпендикулярен на скоростта на заряда, влиза в дланта, а четирите протегнати пръста са насочени по протежение на движението на положителния заряд (срещу движението на отрицателния), тогава свитият на 90° палец ще покаже посоката на силата на Лоренц F, действаща върху заряда l
3.
Ако в пространството, където се движи заредена частица, има както електрическо поле, така и магнитно поле едновременно, тогава общата сила, действаща върху заряда, е равна на: = el + l където силата, с която електрическото поле действа върху заряд q е равно на F el = q .
4.
Силата на Лоренц не работи, защото тя е перпендикулярна на вектора на скоростта на частицата.
Това означава, че силата на Лоренц не променя кинетичната енергия на частицата и следователно модула на нейната скорост.
Под въздействието на силата на Лоренц се променя само посоката на скоростта на частицата.
5.
Движение на заредена частица в еднородно магнитно поле
Яжте хомогененмагнитно поле, насочено перпендикулярно на началната скорост на частицата. 
Силата на Лоренц зависи от абсолютните стойности на векторите на скоростта на частиците и индукцията на магнитното поле.
Магнитното поле не променя модула на скоростта на движеща се частица, което означава, че модулът на силата на Лоренц също остава непроменен.
Силата на Лоренц е перпендикулярна на скоростта и следователно определя центростремителното ускорение на частицата.
Инвариантността по абсолютна стойност на центростремителното ускорение на частица, движеща се с постоянна скорост по абсолютна стойност означава, че
В еднородно магнитно поле заредена частица се движи равномерно в окръжност с радиус r.
Според втория закон на Нютон 
Тогава радиусът на окръжността, по която се движи частицата, е равен на:
Времето, необходимо на една частица да направи пълно въртене (орбитален период), е равно на: 
6.
Използване на действието на магнитно поле върху движещ се заряд.
Ефектът на магнитното поле върху движещ се заряд се използва в телевизионни тръби, в които електроните, летящи към екрана, се отклоняват с помощта на магнитно поле, създадено от специални бобини.
Силата на Лоренц се използва в циклотрон - ускорител на заредени частици за производство на частици с висока енергия.
Устройството на масспектрографите, което позволява точно определяне на масите на частиците, също се основава на действието на магнитно поле.
В статията ще говорим за магнитната сила на Лоренц, как тя действа върху проводник, разгледайте правилото на лявата ръка за силата на Лоренц и моментът на сила, действащ върху верига с ток.
Силата на Лоренц е сила, която действа върху заредена частица, падаща с определена скорост в магнитно поле. Големината на тази сила зависи от големината на магнитната индукция на магнитното поле Б, електрически заряд на частицата ри скорост v, от което частицата попада в полето.
Начинът на магнитно поле Бсе държи по отношение на товара напълно различно от начина, по който се наблюдава за електрическото поле д. На първо място полето Бне реагира на натоварване. Въпреки това, когато товарът се премести в полето Б, се появява сила, която се изразява с формула, която може да се разглежда като определение на полето Б:
Така става ясно, че полето Бдейства като сила, перпендикулярна на посоката на вектора на скоростта Vнатоварвания и векторна посока Б. Това може да се илюстрира на диаграма:
На диаграмата q има положителен заряд!
Единиците на полето B могат да бъдат получени от уравнението на Лоренц. Така в системата SI единицата B е равна на 1 тесла (1T). В системата CGS полевата единица е Гаус (1G). 1T = 10 4 G
За сравнение е показана анимация на движението както на положителните, така и на отрицателните заряди.
Когато полето Бкорици голяма площ, заряд q, движещ се перпендикулярно на посоката на вектора Б,стабилизира движението си по кръгов път. Въпреки това, когато векторът vима компонент, успореден на вектора Б,тогава пътят на заряда ще бъде спирала, както е показано на анимацията
Сила на Лоренц върху проводник с ток
Силата, действаща върху проводник с ток, е резултат от силата на Лоренц, действаща върху движещи се носители на заряд, електрони или йони. Ако направляващият участък е с дължина l, както е на чертежа
общият заряд Q се движи, тогава силата F, действаща върху този сегмент, е
Коефициентът Q / t е стойността на протичащия ток I и следователно силата, действаща върху секцията с тока, се изразява по формулата
Да се вземе предвид зависимостта на силата Еот ъгъла между вектора Би оста на сегмента, дължина на сегмента аз бяхзададени от характеристиките на вектора.
Само електроните се движат в метала под въздействието на потенциални разлики; металните йони остават неподвижни в кристалната решетка. В електролитните разтвори анионите и катионите са подвижни.
Правило на лявата сила на Лоренц— определяне на посоката и връщането на вектора на магнитната (електродинамичната) енергия.
Ако лявата ръка е разположена така, че линиите на магнитното поле да са насочени перпендикулярно на вътрешната повърхност на ръката (така че да проникнат в ръката), и всички пръсти - с изключение на палеца - сочат в посоката на положителния ток (движещ се молекула), отклоненият палец показва посоката на електродинамичната сила, действаща на положителен електрически заряд, поставен в това поле (за отрицателен заряд силата ще бъде противоположна).
Вторият начин за определяне на посоката на електромагнитната сила е да поставите палеца, показалеца и средния пръст под прав ъгъл. При тази подредба показалецът показва посоката на линиите на магнитното поле, посоката на средния пръст показва посоката на протичане на тока, а също и посоката на силата с палеца.
Силов момент, действащ върху тоководеща верига в магнитно поле
Моментът на сила, действащ върху верига с ток в магнитно поле (например върху телена намотка в намотката на електрически двигател), също се определя от силата на Лоренц. Ако контурът (маркиран в червено на диаграмата) може да се върти около ос, перпендикулярна на полето B, и провежда ток I, тогава се появяват две неуравновесени сили F, действащи към страните на рамката, успоредни на оста на въртене.
