Mikä on Lorentz-voima, mitkä ovat tämän voiman suuruus ja suunnat
Määritelmä
Kun elektronit liikkuvat johdinta pitkin, sen ympärille syntyy magneettikenttä. Samaan aikaan, jos sijoitat johtimen poikittaiseen magneettikentään ja liikutat sitä, syntyy sähkömagneettisen induktion EMF. Jos virta virtaa magneettikentässä olevan johtimen läpi, siihen vaikuttaa ampeerivoima.
Sen arvo riippuu virtausvirrasta, johtimen pituudesta, magneettisen induktion vektorin suuruudesta ja magneettikentän ja johtimen viivojen välisen kulman sinistä. Se lasketaan kaavalla:
Tarkasteltava voima on jonkin verran samanlainen kuin yllä tarkasteltu, mutta se ei toimi johtimessa, vaan liikkuvassa varautuneessa hiukkasessa magneettikentässä. Kaava on:
Tärkeää! Lorentzin voima (FL) vaikuttaa elektroniin, joka liikkuu magneettikentässä, ja johtimeen - Ampere.
Kahdesta kaavasta voidaan nähdä, että ensimmäisessä ja toisessa tapauksessa mitä lähempänä on alfa-kulman sini 90 asteeseen, sitä suurempi vaikutus johtimeen tai vastaavasti varaukseen Fa tai Fl.
Joten Lorentzin voimalle ei ole tunnusomaista nopeuden suuruuden muutos, vaan magneettikentän vaikutus varautuneeseen elektroniin tai positiiviseen ioon. Altistuessaan heille, FL ei tee työtä. Vastaavasti muuttuu juuri ladatun hiukkasen liikkeenopeuden suunta eikä sen suuruus.
Lorentzin voiman mittayksikössä, kuten muiden fysiikan voimien tapauksessa, käytetään Newtonin kaltaista määrää. Sen komponentit:
Kuinka Lorentzin voima on suunnattu
Vasemman käden sääntö toimii Lorentz-voiman suunnan määrittämiseksi, kuten Ampere-voimankin suhteen. Tämä tarkoittaa, että ymmärtääksesi mihin Fl-arvo on suunnattu, täytyy avata vasemman kämmen niin, että magneettisen induktion viivat tulevat käteen ja pitkänomaiset neljä sormea osoittavat nopeusvektorin suunnan. Sitten peukalo, joka on taivutettu suorassa kulmassa kämmeneseen, osoittaa Lorentzin voiman suunnan. Alla olevassa kuvassa näet kuinka määrittää suunta.
Huomio! Lorentzin toiminnan suunta on kohtisuora hiukkasen liikkeeseen ja magneettisen induktion viivoihin.
Samaan aikaan, tarkemmin sanottuna, positiivisesti ja negatiivisesti varautuneille hiukkasille neljän pidennetyn sormen suunta on tärkeä. Edellä kuvattu vasemmanpuoleinen sääntö on formuloitu positiiviselle hiukkaselle.Jos se on negatiivisesti varautunut, niin magneettisen induktion viivoja ei tule suunnata avoimeen kämmeneseen, vaan sen takapuolelle, ja vektorin Fl suunta on päinvastainen.
Nyt kerromme yksinkertaisin sanoin, mitä tämä ilmiö antaa meille ja mitä todellisia vaikutuksia sillä on maksuihin. Oletetaan, että elektroni liikkuu tasossa, joka on kohtisuorassa magneettisen induktion viivojen suuntaan. Olemme jo maininneet, että Fl ei vaikuta nopeuteen, vaan muuttaa vain hiukkasten liikesuuntaa. Sitten Lorentzin voimalla on centripetaalinen vaikutus. Tämä heijastuu alla olevassa kuvassa.
hakemus
Kaikista alueista, joilla Lorentz-voimaa käytetään, yksi suurimmista on hiukkasten liike maan magneettikentässä. Jos pidämme planeettamme suurena magneettina, hiukkaset, jotka ovat lähellä pohjoista magneettinapaa, tekevät kiihdytetyn liikkeen spiraalissa. Tämän seurauksena ne törmäävät ilmakehän ylemmistä kerroksista peräisin olevien atomien kanssa, ja näemme pohjoisvalot.
On kuitenkin muitakin tapauksia, joissa tämä ilmiö pätee. Esimerkiksi:
- Katodisädeputket. Niiden sähkömagneettisissa taipumajärjestelmissä. CRT: tä on käytetty yli 50 vuotta peräkkäin useissa laitteissa yksinkertaisimmasta oskilloskoopista erimuotoisten ja -kokoisten televisioiden kanssa. On uteliasta, että jotkut värintoisto- ja grafiikkakysymyksissä käyttävät edelleen CRT-näyttöjä.
- Sähköautot - generaattorit ja moottorit. Vaikka Amperen voima toimii todennäköisemmin täällä. Mutta näitä arvoja voidaan pitää vierekkäisinä. Nämä ovat kuitenkin monimutkaisia laitteita toiminnan aikana, joiden yhteydessä havaitaan monien fysikaalisten ilmiöiden vaikutus.
- Varattujen hiukkasten kiihdyttimissä niiden kiertoratojen ja suuntojen antamiseksi.
johtopäätös
Yhteenveto ja hahmotelma tämän artikkelin neljä pääkohtaa yksinkertaisella kielellä:
- Lorentzin voima vaikuttaa varautuneisiin hiukkasiin, jotka liikkuvat magneettikentässä. Tämä seuraa peruskaavasta.
- Se on suoraan verrannollinen varautuneen hiukkasen nopeuteen ja magneettiseen induktioon.
- Ei vaikuta hiukkasten nopeuteen.
- Vaikuttaa hiukkasen suuntaan.
Sen rooli on melko suuri "sähköisillä" alueilla. Asiantuntijan ei pidä unohtaa fyysisten peruslakien teoreettista perustietoa. Tämä tieto on hyödyllistä samoin kuin tieteelliselle työlle, suunnittelulle ja vain yleiseen kehitykseen.
Lopuksi suosittelemme katselemaan hyödyllisiä videoita tutkitun materiaalin vahvistamiseksi:
Nyt tiedät mitä Lorentz-voima on, mitä se on yhtä suuri ja kuinka se vaikuttaa varautuneisiin hiukkasiin. Jos sinulla on kysyttävää, kysy niitä artikkelin alla olevissa kommenteissa!
Aiheeseen liittyvät materiaalit:
Ladataan...
