Действието на силата на Лоренц. Lorentz Power.

Нидерландски физик X. A. Lorenz в края на XIX век. Тя установи, че силата, действаща от страна на магнитното поле върху движеща се таблица, винаги е перпендикулярна на посоката на движение на частицата и електропроводите на магнитното поле, в което се движи тази частица. Посоката на силата на Лоренц може да се определи с помощта на лявата ръка. Ако позиционирате дланта на лявата ръка, така че четирите удължени пръсти да показват посоката на движението на зареждането, а векторът на магнитната индукция на полето, влязъл в пенсионера, посочва посоката на силата на Lorentz, действаща върху положителен заряд.

Ако зарядът на частицата е отрицателен, мощността на Lorentz ще бъде насочена в обратна посока.

Модулът Lorentz захранване лесно се определя от закона и е:

Е. = | q.| vb sin?,

където q. - обвинението на частицата, \\ t в. - скоростта на нейното движение, ? - Ъгълът между скоростта и индуцирането на магнитния поли.

Ако, освен магнитното поле, има и електрическо поле, което действа върху заряда със сила , след това пълната сила, действаща върху обвинението, е равна на:

.

Често тази сила се нарича сила на Лоренц и силата, изразена с формулата ( Е. = | q.| vB. грях?) Обади се магнитна част на Лоренц.

Тъй като мощността на Лоренц е перпендикулярна на посоката на движение на частицата, тя не може да промени скоростта си (тя не работи) и може да промени само посоката на нейното движение, т.е. да предизвиква траекторията.

Такава кривина на електронната траектория в телевизионен кинескопа е лесна за наблюдение, ако донесете постоянен магнит на екрана си - изображението ще наруши.

Движение на заредената частица в хомогенно магнитно поле. Нека заредената частица лети при скорост в. В хомогенно магнитно поле, перпендикулярно на линиите на напрежението.

Силата, действаща от страна на магнитното поле на частица, ще го направи равномерно завъртане около кръга от радиуса r.което е лесно да се намери използването на втория закон на Нютон, изразяването на целенасоченото ускорение и формулата ( Е. = | q.| vB. грях?):

.

Оттук ще получим

.

където м. - маса от частици.

Използването на силата на Лоренц.

Ефектът от магнитното поле на движещите се зареждания се използва например в масспектрографипозволяване на отделяне на заредени частици съгласно техните специфични заряди, т.е., по отношение на заряда на частицата до нейната маса, и според получените резултати точно определят масите на частиците.

Вакуумната камера на устройството се поставя в полето (индукционно вектор, перпендикулярно на фигурата). Заредените частици се ускориха от електрическото поле (електрони или йони), описващи дъгата, попадат върху фотопластичната, където напускат следата, позволявайки да се измери радиуса на траекторията с голяма точност r.. За този радиус се определя специфичният заряд на йона. Знаейки заряда на йона, лесно изчислявайте масата му.

Заедно със силата на ампер, куломско взаимодействие, концепцията за властта на Лоренц често се среща във физиката. Това явление е едно от основните електротехника и електроника, поредица от С, и други. Той засяга обвиненията, които се движат в магнитно поле. В тази статия ние накратко и ясно разглеждаме каква е властта на Лоренц и къде се прилага.

Дефиниция

Когато електроните се движат през проводника - магнитното поле се появява около него. В същото време, ако поставите проводника в напречното магнитно поле и го преместете - ще се появи EMH на електромагнитната индукция. Ако чрез проводника, който е в магнитно поле, тече ток - силата на амперните действа върху нея.

Неговата стойност зависи от течния ток, дължината на проводника, величината на магнитния индукционен вектор и ъгловия синус между магнитните линии и проводника. Той се изчислява по формулата:

Разглежданата сила е частично подобна на тази, която се счита по-горе, но тя не действа върху диригента, а при движеща се таксувана частица в магнитно поле. Формулата има формата:

Важно! Силата на Lorentz (FL) действа върху електрон, който се движи в магнитно поле, и на проводника - ампер.

От двете формули може да се разглежда както в първия и във втория случай, толкова по-близо ъгъл на ъгъла на синуса до 90 градуса, толкова по-голяма е излагането на проводника или съответно заряда FA или fl.

Така че властта на Лоренц не характеризира не промяната в скоростта, но какъв е ефектът на магнитното поле на зареден електронен или положителен йон. Когато им е изложено, не работи. Съответно, то е точно посоката на скоростта на движение на заредената частица, а не нейната стойност.

Що се отнася до звено за измерване на силата на Lorentz, както в случай на други сили във физиката, тази стойност се използва като Нютон. Неговите компоненти:

Как се изпраща силата на Лоренц

За да се определи посоката на силата на Лоренц, както и със силата на ампер, правилото на лявата ръка работи. Това означава да се разбере къде стойността на FL е насочена да отвори дланта на лявата ръка, така че магнитните индукционни линии да се състоят в ръката, а удължените четири пръста показват посоката на вектора на скоростта. След това палецът се наведе под прав ъгъл към дланта, показва посоката на силата на Лоренц. На снимката по-долу виждате как да определите посоката.

Внимание! Посоката на действието на Lorentz е перпендикулярна на движението на частиците и магнитните индукционни линии.

В същото време, за да бъде по-точна, за положителни и отрицателно заредени частици, посоката на четири разгърнати пръсти е важна. Описаната по-горе лявата ръка е формулирана за положителна частица. Ако се зарежда отрицателно, магнитната индукционна линия не трябва да се насочва в отворената длан, но в задната страна, но посоката на векторния ет ще бъде обратното.

Сега ще кажем прости думи, което ни дава това явление и какво реално въздействие върху обвиненията. Да предположим, че електронът се движи в равнина, перпендикулярна на посоката на магнитни индукционни линии. Вече споменахме, че FL не засяга скоростта, но само променя посоката на движение на частици. Тогава мощността на Лоренц ще има центроспециално въздействие. Това се отразява във фигурата по-долу.

Приложение

От всички области, в които се използва мощност на Лоренц, едно от магнилното движение на частиците в магнитното поле на Земята. Ако смятате нашата планета като голям магнит, тогава частиците, които са близо до северните магнитни полюси, се ускоряват от спиралното движение. В резултат на това сблъсъкът им се среща с атоми от горните слоеве на атмосферата и виждаме северните светлини.

Въпреки това има и други случаи, при които се прилага това явление. Например:

• Електронен лъч тръби. В техните електромагнитни отклоняващи системи. ELT се използва повече от 50 години подред в различни устройства, вариращи от най-простия осцилоскоп до телевизорите с различни форми и размери. Любопитно е, че по въпросите на цветовото възпроизвеждане и работа с графики, някои все още използват CRT монитори.
• Електрически машини - генератори и двигатели. Въпреки че амперската власт действа тук. Но тези количества могат да се разглеждат като свързани. Това обаче са сложни устройства, в които се наблюдава въздействието на много физически явления.
• В ускорители на заредени частици, за да ги задават орбити и посоки.

Заключение

Да обобщим и обозначаваме четирите основни тези на тази статия на прост език:

1. Lorentz Power действа върху заредени частици, които се движат в магнитно поле. Това следва от основната формула.
2. Тя е пряко пропорционална на скоростта на заредената частица и магнитната индукция.
3. Не засяга скоростта на частиците.
4. Засяга посоката на частицата.

Неговата роля е достатъчно голяма в "електрическите" сфери. Специалист не трябва да пропуска основната теоретична информация за фундаменталните физически закони. Тези знания ще бъдат полезни като тези, които са ангажирани в научна работа, дизайн и просто за общо развитие.

Сега знаете какво е властта на Лоренц, която е равна на и как действа върху заредени частици. Ако имате някакви въпроси, попитайте ги в коментарите по-долу в статията!

Материали

Силата, действаща от магнитното поле върху движещата се електрически заредена частица.

където q е такса за частици;

V - скорост на зареждане;

а е ъгълът между вектора на скоростта на зареждане и магнитния индукционен вектор.

Определя се посоката на силата на Лоренц чрез правилото на лявата ръка:

Ако поставите лявата ръка, така че перпендикулярът на скоростния компонент на индукционния вектор е в дланта, и четири пръста ще бъдат разположени в посоката на скоростта на движение на положителното зареждане (или срещу посоката на отрицателната скорост на зареждането ), след това наведеният палец показва посоката на силата на Lorentz:

.

Тъй като властта на Лоренц винаги е перпендикулярна на скоростта на зареждане, тя не прави работа (т.е. не променя количеството скорост на зареждане и неговата кинетична енергия).

Ако заредената частица се движи успоредно на електрическите линии на магнитното поле, след това fl \u003d 0, а зарядът в магнитното поле се движи и прави.

Ако заредената частица се движи перпендикулярно на електропроводите на магнитното поле, силата на Lorentz е центропетал:

и създава равномерно ускорение равно на:

В този случай частицата се движи около обиколката.

.

Според втория закон на Нютон: властта на Лоренц е равна на масата на масата на частицата върху центрофугирането:

тогава радиусът на кръга:

и времето на циркулация на магнитно поле:

Тъй като на електрическия ток е наредено движение на такси, на магнитното поле на действие на проводника с ток е резултат от влиянието си върху отделни движещи се заряди. Ако направите проводник с ток в магнитно поле (фиг. 96, а), а след това ще видим, че в резултат на добавянето на магнитните полета на магнита и диригент, в резултат на получената магнитното поле ще се увеличи от едната страна на проводника (на чертежа по-горе) и разхлабване на магнитното поле от другата страна Explorer (на рисунката по-долу). В резултат на работата на две магнитни полета ще се появят кривината на магнитните линии и те се стремят да намалят, ще натиснат проводника (фиг. 96, б).

Посоката на сила, действаща върху проводника с ток в магнитното поле, може да се определи според "дясната ръка". Ако лявата ръка е разположена в магнитно поле, така че магнитните линии да се появят от северния полюс, изглеждат в дланта, а четирите удължени пръсти съвпадат с посоката на тока в проводника, след това големият огънат пръст ще покаже посока на сила. Силата на ампер действа върху елемента на дължината на проводника зависи: от големината на магнитната индукция в текущата стойност в проводник I, от елемент от дължината на проводник и от ъгъла на ъгъла и между посоката на Елементът на дължината на проводника и посоката на магнитното поле.

Тази зависимост може да бъде изразена по формулата:

За прав проводник на крайната дължина, поставен перпендикулярна на посоката на равномерното магнитно поле, силата, действаща върху проводника, ще бъде равна на:

От последната формула, ние определяме размера на магнитната индукция.

Тъй като измерението на властта:

т.е. размера на индукция е същата като получихме от закона на Био и Savara.

Tesla (единица магнитна индукция)

Tesla, единица магнитна индукция Международни системни звена, равен магнитна индукция, С които магнитния поток през напречното сечение на 1 м.2 е 1. вебер. Наречено по име N. Tesla. Наименовации: Руски щампа Международен Т. 1. tl \u003d. 104 gS.(гаус).

Магнезий? Tat? Nt, magic? Общо дипо? Линия мама? Nt - основната стойност, характеризираща магнитните свойства на веществото. Магнитният момент се измерва в A⋅M2 или J / T (Si) или ERG / GS (SGS), 1 ERG / GS \u003d 10 -3 J / Tl. Специфичната единица на елементарен магнитен момент е магнетонов бор. В случай на плоска схема с електрически ток, магнитния момент се изчислява като

къде - токът във веригата е контурната зона, единица вектор на нормален към равнината на веригата. Посоката на магнитния момент обикновено се намира в зависимост от правилото на макарата: ако завъртите копчето на панела в текущата посока, тогава посоката на магнитния момент ще съвпадне с посоката на прогресивното движение на булератора.

За произволен затворен контур, магнитният момент е от:

,

където - радиусът, прекаран от началото на координатите към елемента на контура дължината

В общия случай на произволно разпределение на течения в околната среда:

,

където - плътността на тока в обема на елемента.

Така че въртящият момент действа върху веригата в магнитното поле. Веригата е ориентирана в точка точка само по един начин. Ще вземем положителна посока на нормалното за посоката на магнитното поле в този момент. Въртящият момент е пряко пропорционален на величината на текущата I., Квадратни контури С. и ъгъл на синуса между посоката на магнитното поле и нормално.

тук М. - въртящ момент , или момент на властта , - магнитен момент Контур (по подобен начин - електрически момент на дипол).

В неравномерно поле () формулата е валидна, ако размерът на контура е достатъчно малък (Тогава в рамките на веригата, полето може да се счита приблизително хомогенно). Следователно, веригата с тока все още се стреми да се обърне така, че магнитният му момент да е насочен по линиите на вектора.

Но в допълнение, получената сила действа върху контура (в случай на хомогенно поле и. Тази сила действа върху контура с текущия или постоянен магнит с момента и ги дърпа в района на по-силно магнитно поле.
Работете върху движещ се контур с ток в магнитно поле.

Лесно е да се докаже, че работата по преместване на контура с ток в магнитното поле е равно Къде и - магнитни потоци през зоната на контура в крайните и началните позиции. Тази формула е валидна, ако ток във веригата е постоянен. При преместване на контура, феноменът на електромагнитната индукция не се взема предвид.

Формулата също е валидна за големи контури в силно нехомогенно магнитно поле (при условие I \u003d.const).

И накрая, ако контура не се измества с тока, но за да промени магнитното поле, т.е. Променете магнитния поток през повърхността, покрита от контура, от стойността, за да го направите, трябва да направите същата работа . Тази работа се нарича операция за промяна на магнитния поток, свързан с контура. Потока на вектора на магнитния индукционен поток (магнитен поток) Чрез платформата DS се нарича скаларна физическа стойност, която е еднаква

където b n \u003d bcosα - векторна проекция В По посока на нормалното към DS сайта (α - ъгъл между векторите н. и В), Д. С.\u003d DS. н. - вектор, в който модул е \u200b\u200bравен на ДС и нейната посока съвпада с посоката на нормалното н. На сайта. Поток вектор В Тя може да бъде едновременно положителна и отрицателна в зависимост от COSA знака (настроен от избора на положителна посока на нормалното н.). Поток вектор В Обикновено се свързват с контура, според които текущите потоци. В този случай, положителната посока, перпендикулярна на контура се питахме: той се свързва със сегашното правило на десния винт. Това означава, че магнитното поток, който се създава от контура, през повърхността ограничено до самото им винаги е положителен.

Потокът на вектора на магнитната индукция B F чрез произволно определена повърхност и е равна

(2)

За хомогенно поле и плоска повърхност, която се намира перпендикулярно на вектора В, B n \u003d b \u003d const и

От тази формула, единицата за магнитния поток е набор weber. (WB): 1 WB е магнитен поток, който преминава през плоската повърхност 1 m2, която се намира перпендикулярно на хомогенно магнитно поле и индуцирането на което е 1 tl (1 wb \u003d 1 tl2).

Theorem на Gauss за поле в: Вектор поток на магнитната индукция чрез всяка затворена повърхност е нула:

(3)

Тази теорема е отражение на факта, че отсъстват магнитни зарядиВ резултат на това на магнитната индукция линия няма начало, няма край и са затворени.

Следователно, за потоците на вектори В и Д. През затворената повърхност в вихрекс и потенциалните полета се получават различни формули.

Като пример ще намерим потока на вектора В През соленоида. Магнитната индукция на хомогенна поле вътре соленоид със сърцевина с магнитна проницаемост μ, равна

Магнитният поток през един кръг от соленоид Snemide s е равен

пълен магнитен поток, който е свързан с всички цветове на соленоида и се нарича стрийминг,

Появата на сила, действаща върху електрическия заряд, движеща се във външно електромагнитно поле

Анимация

Описание

Силата на Лоренц се нарича прогресивна частица, която се движи във външно електромагнитно поле.

Формулата за мощност на Lorentz (F) е получена за първи път чрез обобщаване на опитни факти H.A. Лоренц през 1892 г. и представен в работата "Електромагнитна теория на Максуел и неговото прилагане към движещи се тела." Той има формата:

F \u003d QE + Q, (1)

където q е заредена частица;

E - сила на електрическата област;

B - векторна магнитна индукция, независима от стойността на зареждане и скоростта на движението му;

V е век на скоростта на заредената частица по отношение на координатната система, в която се изчисляват стойностите f и b.

Първият мандат в дясната страна на уравнението (1) е силата, действаща върху заредената частица в електрическото поле F e \u003d QE, вторият термин е силата, действаща в магнитното поле:

F m \u003d Q. (2)

Формула (1) е универсална. Той е валиден както за постоянни, така и за променливи захранващи полета, както и за всякакви стойности на скоростта на заредената частица. Това е важно съотношение на електродинамиката, тъй като ви позволява да свържете уравненията на електромагнитното поле с уравненията на движение на заредени частици.

В нерелативистичното приближение, силата F, като всяка друга сила, не зависи от избора на инерционна справочна система. В същото време магнитният компонент на силата на Lorentz F m варира в зависимост от прехода от една референтна система към друга поради промяната в скоростта, следователно електрическият компонент ще се промени. В тази връзка разделянето на сила F на магнитна и електрическо средство има смисъл само с референтната система.

В скаларна форма изразът (2) има формата:

Fm \u003d qbbsina, (3)

където А е ъгълът между векторите на скоростта и магнитната индукция.

Така магнитната част на силата на Lorentz е максимална, ако посоката на движение на частицата е перпендикулярна на магнитното поле (a \u003d p / 2) и е нула, ако частицата се движи по посока на полето ( A \u003d 0).

Магнитната сила F m е пропорционална на векторния продукт, т.е. Тя е перпендикулярна на скоростта на заредената частица и следователно не работи по обвинението. Това означава, че в постоянно магнитно поле, само траекторията на движещата се заредена частица се усуква под действието на магнитната сила, но енергията му винаги остава непроменена, сякаш частицата се движи.

Посоката на магнитната сила за положителна заряда се определя съгласно векторния продукт (фиг. 1).

Посока на сила, действаща върху положителен заряд в магнитно поле

Фиг. един

За отрицателен заряд (електрон), магнитната сила е насочена в обратна посока (фиг. 2).

Посока на силата на Лоренц, действащ на електрон в магнитно поле

Фиг. 2.

Магнитно поле в насочено към читателя перпендикулярно на фигурата. Липсва електрическото поле.

Ако магнитното поле е равномерно и изпратено перпендикулярно на скоростта, зарядът m се движи около кръга. Радиусът на кръга R се определя по формулата:

където - специфичната такса за частици.

Периодът на циркулация на частиците (едно време) не зависи от скоростта, ако скоростта на частиците е много по-малка от скоростта на светлината във вакуум. В противен случай периодът на преобразуване на частиците се увеличава поради увеличаването на релативистичната маса.

В случай на не-релативистична частица:

където - специфичната такса за частици.

Във вакуум в хомогенно магнитно поле, ако векторът на скоростта не е перпендикулярно на магнитния индукционен вектор (A # P / 2), заредената частица под действието на силата на Lorentz (неговата магнитна част) се движи по винтовата линия с a постоянна скорост v. В същото време, движението му се състои от равномерна права линия по посока на магнитното поле при скорост и равномерно въртящо движение в равнината, перпендикулярно на полето при скорост (Фиг. 2).

Проекцията на траекторията на движението на частицата на равнината, перпендикулярна в там е кръг от радиус:

период на циркулация на частиците:

Разстоянието h, който преминава частицата по време на магнитното поле в (стъпка на траекторията на винта), се определя по формулата:

h \u003d vcos a t. (6)

Озето на винтовата линия съвпада с посоката на полето, центърът на кръга се движи по силата на полето (фиг. 3).

Движение на заредената частица полетя под ъгълa№P. / 2 в магнитно поле в

Фиг. 3.

Липсва електрическото поле.

Ако електрическото поле Е № 0, движението е по-сложно.

В конкретен случай, ако E-IB векторите са успоредни, скоростта V 11, успоредна на магнитното поле, промените, в резултат на което променя стъпката на траекторията на винта (6).

В случай, че E IB не е паралелно, центърът за ротация на частиците се премества, наречен дрейф, перпендикулярно на полето. Посоката на отклонение се определя от векторния продукт и не зависи от знака за зареждане.

Ефектът на магнитното поле върху движещите се частици води до преразпределение на тока върху напречното сечение на проводника, който намира проявлението си в термомагнитни и поцинковани явления.

Ефектът е отворен за нидерландския физик H.A. Lorenz (1853-1928).

Временни характеристики

Време за иницииране (дневник до -15 до -15);

Време за съществуване (Log TC от 15 до 15);

Време за разграждане (Log Td от -15 до -15);

Времето на оптимално проявление (log tk от -12 до 3).

Диаграма:

Технически ефект на изпълнение

Техническо изпълнение на действието на Лоренц

Техническото прилагане на експеримента за пряко наблюдение на силата на силата на Lorentz на движеща се заряда обикновено е доста сложно, тъй като съответните заредени частици имат молекулен характер. Следователно наблюдението на тяхната траектория в магнитно поле изисква почистване на работния обем, за да се избегнат сблъсъци, които нарушават траекторията. Така че конкретно такива демонстрационни настройки обикновено не са създадени. Най-лесно е демонстрацията да използва стандартния сектор магнитен масов анализатор, виж ефекта от 409005, чийто действие се основава изцяло на силата на Лоренц.

Ефект на приложение

Типично използване в техниката - сензор за залата, широко използвана в измервателното оборудване.

Металната или полупроводниковата плоча се поставя в магнитно поле. Когато електрическият ток на плътността j в посоката, перпендикулярна на магнитното поле, непрекъснато електрическо поле се появява през нея в плаката, якостта на която Е е перпендикулярна на двата вектора и c. Според измерванията.

Този ефект се обяснява с действието на силата на Лоренц върху движеща се обвинение.

Галваномагнитни магнитометри. Масспектрометри. Ускорители на заредени частици. Магнитохидродинамични генератори.

Литература

1. Sivukhin D.V. Общ курс на физиката. - м.: Наука, 1977.- T.3. Електричество.

2. Физически енциклопедичен речник. - М., 1983.

3. Detlaf A.A., Yavorsky B.m. Курс на физика. - m.: Висше училище, 1989.

Ключови думи

• електрически заряд
• магнитна индукция
• магнитно поле
• електрическо напрежение
• lorentz Power.
• скорост на частиците
• радиус на кръга
• период на лечение
• стъпка винт траектория
• електрон
• протон
• позитрон

Раздели на естествените науки:

но ток и след това

Катоns.д. л. – брой на обема на обема С.д. л., тогава за едно зареждане

или

Lorentz Power. – силата, действаща от страна на магнитното поле на положителна такса, движеща се със скорост(тук - степента на поръчаното движение на носителите на положителен заряд). Lorentz Power модул:

където α е ъгълът между и.

От (2.5.4) може да се види, че властта, която се движи по линията, не работи ().

Lorentz Power е насочена перпендикулярна на равнината, в която лежат векторите и. Към движеща се положителна такса приложимо правило на лявата ръка или« правило Braschik."(Фиг. 2.6).

Следователно посоката на действие за отрицателна такса е обратното, електрони, приложими правилно управление.

Тъй като силата на Лоренц е насочена перпендикулярна на движещата се заряда, т.е. Перпендикулярно , работата на тази сила винаги е равна на нула . Следователно, действайки върху заредена частица, властта Lorentz не може да промени кинетичната енергия на частиците.

Често lorentz Force нарича количеството електрически и магнитни сили:

,

(2.5.4)

тук електрическата сила ускорява частицата, променя енергията си.

Всеки ден действието на магнитната сила върху движеща се заряда, виждаме на телевизионния екран (фиг. 2.7).

Движението на електронния лъч през равнината на екрана се стимулира от магнитно поле на отклоняваща се бобина. Ако донесете постоянен магнит в екрана, е лесно да забележите неговия ефект върху електронния лъч според изкривяването на изображението.

Ефектът от захранването на Lorentz в ускорителите на заредените частици е описан подробно в точка 4.3.