Hlavná veda

Lorentzova silová fyzika

Lorentzova silová fyzika
Lorentzova silová fyzika

Video: Elektrický náboj v magnetickém poli | (2/5) Magnetické pole | Fyzika | Onlineschool.cz 2024, Septembra

Video: Elektrický náboj v magnetickém poli | (2/5) Magnetické pole | Fyzika | Onlineschool.cz 2024, Septembra
Anonim

Lorentzova sila, sila pôsobiaca na nabitú časticu q sa pohybuje s rýchlosťou V, prostredníctvom elektrického E a magnetického poľa B. Celá elektromagnetická sila F na nabité častice, sa nazýva Lorentzova sila (po holandského fyzika Hendrik A. Lorentz) a je daná vzťahom F = q E + q v x B.

Do prvého funkčného obdobia prispieva elektrické pole. Druhý člen je magnetická sila a má smer kolmý tak na rýchlosť, ako aj na magnetické pole. Magnetická sila je úmerná q a na veľkosti vektora priečneho produktu v x B. Pokiaľ ide o uhol ϕ medzi v a B, veľkosť sily sa rovná qvB sin ϕ. Zaujímavým výsledkom Lorentzovej sily je pohyb nabitej častice v rovnomernom magnetickom poli. Ak v je kolmá k B (tj, s uhlom cp medzi V a B90 °), bude častica sledovať kruhovú trajektóriu s polomerom r = mv / qB. Ak je uhol ϕ menší ako 90 °, obežnou dráhou častíc bude špirála s osou rovnobežnou s poľami. Ak je zero nula, nebude existovať žiadna magnetická sila na časticu, ktorá sa bude naďalej pohybovať bez odrazu pozdĺž línií poľa. Akcelerátory nabitých častíc, ako sú cyklotróny, využívajú skutočnosť, že častice sa pohybujú v kruhovej obežnej dráhe, keď sú v a B v pravom uhle. Starostlivo načasované elektrické pole pre každú revolúciu dáva časticiam dodatočnú kinetickú energiu, vďaka ktorej sa pohybujú vo stále väčších obežných dráhach. Keď častice získali požadovanú energiu, extrahujú sa a používajú sa rôznymi spôsobmi, od základných štúdií vlastností látky až po lekárske ošetrenie rakoviny.

Magnetická sila na pohybujúci sa náboj odhaľuje znamenie nosičov náboja vo vodiči. Prúd tečúci z vodiča sprava doľava môže byť výsledkom toho, že sa kladné nábojové nosiče pohybujú sprava doľava alebo záporné náboje pohybujúce sa zľava doprava alebo nejaká ich kombinácia. Keď je vodič umiestnený v poli B kolmom na prúd, magnetická sila na obidva typy nosičov náboja je v rovnakom smere. Táto sila spôsobuje malý potenciálny rozdiel medzi stranami vodiča. Tento jav, známy ako Hallov efekt, objavil americký fyzik Edwin H. Hall), keď je elektrické pole zarovnané so smerom magnetickej sily. Hallov efekt ukazuje, že elektróny dominujú vo vedení elektriny v medi. V zinku je však vodivosť ovládaná pohybom kladných nosičov náboja. Elektróny v zinku, ktoré sú vzrušené z valenčného pásma, zanechávajú diery, čo sú voľné miesta (tj neobsadené úrovne), ktoré sa správajú ako kladné nábojové nosiče. Pohyb týchto dier predstavuje väčšinu vedenia elektriny v zinku.

Ak je vodič s prúdom i umiestnený vo vonkajšom magnetickom poli B, ako bude sila na vodič závisieť od orientácie vodiča? Pretože prúd predstavuje pohyb nábojov v drôte, Lorentzova sila pôsobí na pohybujúce sa náboje. Pretože tieto náboje sú viazané na vodič, magnetické sily na pohybujúce sa náboje sa prenášajú na vodič. Sila na malej dĺžke d l drôtu závisí na orientáciu drôtu vzhľadom k poľu. Veľkosť tejto sily je daná id IB sin cp, kde φ je uhol medzi B a d l. Keď ϕ = 0 alebo 180 °, neexistuje žiadna sila, ktorá zodpovedá prúdu v smere rovnobežnom s poľom. Sila je maximálna, keď sú prúd a pole navzájom kolmé. Sila je daná BYD F = id l x B.

Opäť platí, že vektorový súčin označuje smer kolmý k obom d l a B.