Сила Лоренца
Сила Ампера, действующая на отрезок проводника длиной Δl с силой тока I, находящийся в магнитном поле B,
|
F = IBΔl sin α |
может быть выражена через силы, действующие на отдельные носители заряда.
Сила, с которой магнитное поле действует на движущуюся в нем заряженную частицу, называется силой Лоренца FL . Модуль силы Лоренца
FL = FA/N
где N — число свободных заряженных частиц в проводнике
Если заряд одной частицы q, то суммарный заряд всех частиц Δq = Nq
По определению силы тока I = Δq/Δt Тогда I = Nq /Δt
По закону Ампера: .PNG)
Но Δl/Δt = ϑ — модуль скорости заряженной свободной частицы.
Следовательно, модуль силы Лоренца
FL = FA/N = q ϑ B sin α,
где — угол между направлениями скорости U и магнитной индукции B.
.PNG)
Направление силы Лоренца определяют по правилу левой руки: ладонь левой руки располагают так, чтобы перпендикулярная к скорости заряженной частицы составляющая магнитной индукции входила в нее, четыре вытянутых пальца были направлены вдоль скорости движения положительно заряженной (против скорости движения отрицательно заряженной частицы), тогда отогнутый на 90° большой палец укажет направление силы Лоренца (рис. 1).
.PNG)
где — угол между направлениями скорости и магнитной индукции .
Направление силы Лоренца определяют по правилу левой руки: ладонь левой руки располагают так, чтобы перпендикулярная к скорости заряженной частицы составляющая магнитной индукции В входила в нее, четыре вытянутых пальца были направлены вдоль скорости движения положительно заряженной (против скорости движения отрицательно заряженной частицы), тогда отогнутый на 90° большой палец укажет направление силы Лоренца (рис.).
.PNG)
При движении заряженной частицы в магнитном поле сила Лоренца работы не совершает. Поэтому модуль вектора скорости при движении частицы не изменяется.
Действие силы Лоренца наблюдается и в природе, и во многих технических
Если заряженная частица движется в однородном магнитном поле под действием силы Лоренца, а ее скорость U лежит в плоскости, перпендикулярной вектору B то частица будет двигаться по окружности радиуса
.PNG)
Сила Лоренца в этом случае играет роль центростремительной силы (рис. ).
.PNG)
Это выражение показывает, что для заряженных частиц заданной массы m период обращения не зависит от скорости υ и радиуса траектории R.
Угловая скорость движения заряженной частицы по круговой траектории
.PNG)
.PNG)
Во всех случаях при движении заряженной частицы в электростатическом поле будет изменяться модуль скорости, а следовательно, и кинетическая энергия частицы.
Существенное отличие магнитного поля от электростатического состоит, во-первых, в том, что магнитное поле не действует на покоящуюся заряженную частицу. Магнитное поле действует только на движущиеся в поле заряженные частицы. Во-вторых, сила Лоренца, действующая на заряженные частицы в магнитном поле, всегда перпендикулярна скорости их движения. Поэтому модуль скорости в магнитном поле не изменяется. Не изменяется, следовательно, и кинетическая энергия частицы. Вид траектории заряженной частицы в магнитном поле зависит от угла между скоростью влетающей в поле частицы и магнитной индукцией.
.PNG)
.PNG)
.PNG)
.PNG)
