Сила Лоренца 1

сила Лоренца

Сила, що діє на точкову заряджену частинку з боку електромагнітного поля, називається силою Лоренца.

теорія Лоренца

Хендрік Антон Лоренц

Звичайно, теорія Лоренца мала недоліки і відрізнялася від сучасної електронної теорії. Але в цій роботі вчений вивів формулу сили, що діє на електричний заряд з боку електромагнітного поля. Цю силу згодом назвали силою Лоренца.

Але що ж таке електричний струм. Це спрямоване рух електричних зарядів. І якщо на кожну заряджену частинку діє сила Лоренца, то на відрізок провідника зі струмом в електромагнітному полі повинна діяти сила, величина якої дорівнює сумі всіх сил Лоренца, що діють на заряди, що утворюють електричний струм в провіднику.

І така сила була відкрита задовго до Лоренца. Ще не знаючи про існування сили, що діє на окремий електричний заряд, французький фізик Марі Андре Ампер в 1820 р описав силу, що діє з боку електромагнітного поля на провідник зі струмом. Її назвали силою Ампера.

сила Ампера

Існування сили Ампера підтверджує простий досвід.

Якщо помістити між полюсами магніту провідник і пропустити по ньому електричний струм, то можна побачити, що провідник відхиляється від свого початкового положення. Це означає, що з боку магнітного поля на нього діє сила. Ця сила називається силою Ампера. Її величина визначається законом Ампера: «З боку магнітного поля на провідник зі струмом діє сила, величина якої прямо пропорційна силі струму, довжині провідника в магнітному полі, модулю вектора магнітної індукції і синусу кута між вектором магнітної індукції і напрямок струму в провіднику». Математичне вираження цього закону виглядає так:

l - довжина провідника зі струмом в магнітному полі;

В - магнітна індукція;

α - кут між вектором магнітної індукції і напрямок струму в провіднику.

Зв'язок між силою Ампера і силою Лоренца

Діючи на провідник зі струмом, магнітне поле впливає на кожну заряджену частинку, яка створює цей струм. А сила Ампера діє на весь провідник. Таким чином, сила Ампера дорівнює сумі всіх сил Лоренца, що діють на провідник зі струмом.

Підставивши ці вирази в формулу, отримаємо вираз для сили Лоренца в магнітному полі:

Цей вислів дозволяє обчислити силу Лоренца в магнітному полі. Але магнітне поле не існує окремо. Змінюючись, разом з електричним полем вони породжують один одного, утворюючи електромагнітне поле. А воно в кожній точці свого простору характеризується напруженістю електричного поля Е і індукцією магнітного поля В. І якщо електрично заряджена частинка рухається в електромагнітному полі, то на неї одночасно діють і електричне, і магнітне поле. Значить, величина сили Лоренца, що діє з боку електромагнітного поля на частку із зарядом q. що рухається зі швидкістю v. залежить від цих величин:

vxB - векторний добуток швидкості руху частинки і індукції магнітного поля.

Напрямок сили Лоренца, як і сили Ампера, визначають за допомогою правила лівої руки: «Якщо розташувати долоню лівої руки таким чином, щоб лінії магнітного поля входили в неї перпендикулярно, а 4 пальці направити в сторону руху частинки з позитивним зарядом, або проти руху частинки з негативним зарядом, то відігнутий на 90 0 великий палець покаже напрям сили Лоренца ».

Якщо заряджена частинка рухається паралельно силовим лініям магнітного поля, то величина сили Лоренца дорівнює нулю, так як в цьому випадку α = 0, отже, sinα = 0

Якщо ж напрямок руху частки перпендикулярно силовим лініям, то частка буде рухатися по колу радіусом r. а сила Лоренца спрямована до її центру, тобто є доцентровою силою.

При русі частинки під кутом до силових ліній її траєкторія являє собою кручені (спіральну) лінію, що має радіус r і крок гвинт а h.

Сила Лоренца не робить роботи, так як її напрямок завжди перпендикулярно напрямку руху заряду.

Сила Лоренца в техніці

Основне застосування сила Лоренца знайшла в електротехніці.

На явищах електромагнітної індукції і сили Лоренца заснована робота електродвигунів і генераторів. З'являючись в електромагнітному полі статора, вона приводить в обертання ротор.

Вплив сили Лоренца на електрони використовують в роботі електронно-променевих трубок (кінескопів), де магнітне поле, створене спеціальними котушками, змінює траєкторію електронів. За допомогою цієї сили можна задавати орбіту руху частинок, що дозволяє застосовувати її в прискорювачах заряджених частинок.