Ποια είναι η δύναμη Lorentz, ποιο είναι το μέγεθος και οι κατευθύνσεις αυτής της δύναμης
Ορισμός
Όταν τα ηλεκτρόνια κινούνται κατά μήκος ενός αγωγού, εμφανίζεται ένα μαγνητικό πεδίο γύρω από αυτό. Ταυτόχρονα, εάν τοποθετήσετε τον αγωγό σε εγκάρσιο μαγνητικό πεδίο και τον μετακινήσετε, θα εμφανιστεί EMF ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Εάν ένα ρεύμα ρέει μέσω ενός αγωγού που βρίσκεται σε μαγνητικό πεδίο, μια δύναμη Αμπέρ ενεργεί πάνω του.
Η τιμή του εξαρτάται από το ρεύμα ροής, το μήκος του αγωγού, το μέγεθος του φορέα μαγνητικής επαγωγής και το ημίτονο της γωνίας μεταξύ των γραμμών του μαγνητικού πεδίου και του αγωγού. Υπολογίζεται με τον τύπο:
Η υπό εξέταση δύναμη είναι κάπως παρόμοια με αυτήν που εξετάστηκε παραπάνω, αλλά δεν δρα στον αγωγό, αλλά σε ένα κινούμενο φορτισμένο σωματίδιο σε ένα μαγνητικό πεδίο. Ο τύπος είναι:
Σημαντικό! Η δύναμη Lorentz (FL) δρα σε ένα ηλεκτρόνιο που κινείται σε μαγνητικό πεδίο και στον αγωγό - Ampere.
Από τους δύο τύπους μπορεί να φανεί ότι στην πρώτη και τη δεύτερη περίπτωση, όσο πιο κοντά το ημίτονο της γωνίας άλφα σε 90 μοίρες, τόσο μεγαλύτερη είναι η επίδραση στον αγωγό ή φορτίστε Fa ή Fl, αντίστοιχα.
Έτσι, η δύναμη Lorentz δεν χαρακτηρίζεται από αλλαγή στο μέγεθος της ταχύτητας, αλλά από την επίδραση ενός μαγνητικού πεδίου σε ένα φορτισμένο ηλεκτρόνιο ή θετικό ιόν. Όταν εκτίθεται σε αυτά, το FL δεν εκτελεί εργασία. Κατά συνέπεια, είναι ακριβώς η κατεύθυνση της ταχύτητας κίνησης του φορτισμένου σωματιδίου που αλλάζει και όχι το μέγεθός του.
Όσον αφορά τη μονάδα μέτρησης της δύναμης Lorentz, όπως στην περίπτωση άλλων δυνάμεων στη φυσική, χρησιμοποιείται ποσότητα όπως η Newton. Τα συστατικά του:
Πώς κατευθύνεται η δύναμη του Lorentz
Για τον προσδιορισμό της κατεύθυνσης της δύναμης Lorentz, όπως και με τη δύναμη Ampere, λειτουργεί ο κανόνας του αριστερού χεριού. Αυτό σημαίνει ότι για να καταλάβουμε πού κατευθύνεται η τιμή Fl, πρέπει να ανοίξει η παλάμη του αριστερού χεριού έτσι ώστε οι γραμμές μαγνητικής επαγωγής να εισέλθουν στο χέρι και τα επιμήκη τέσσερα δάχτυλα να δείχνουν την κατεύθυνση του διανύσματος ταχύτητας. Στη συνέχεια, ο αντίχειρας, λυγισμένος σε ορθή γωνία προς την παλάμη, δείχνει την κατεύθυνση της δύναμης Lorentz. Στην παρακάτω εικόνα βλέπετε πώς να καθορίσετε την κατεύθυνση.
Προσοχή! Η κατεύθυνση της δράσης Lorentz είναι κάθετη προς την κίνηση του σωματιδίου και τις γραμμές μαγνητικής επαγωγής.
Σε αυτήν την περίπτωση, για να είμαστε πιο ακριβείς, για θετικά και αρνητικά φορτισμένα σωματίδια, έχει σημασία η κατεύθυνση των τεσσάρων εκτεταμένων δακτύλων. Ο παραπάνω κανόνας του αριστερού χεριού διατυπώνεται για ένα θετικό σωματίδιο.Εάν είναι αρνητικά φορτισμένο, τότε οι γραμμές μαγνητικής επαγωγής δεν πρέπει να κατευθύνονται προς την ανοιχτή παλάμη, αλλά προς την πίσω πλευρά της και η κατεύθυνση του διανύσματος Fl θα είναι αντίθετη.
Τώρα θα πούμε με απλά λόγια τι μας δίνει αυτό το φαινόμενο και τι πραγματικό αντίκτυπο έχει στις χρεώσεις. Ας υποθέσουμε ότι ένα ηλεκτρόνιο κινείται σε επίπεδο κάθετο προς την κατεύθυνση των γραμμών μαγνητικής επαγωγής. Έχουμε ήδη αναφέρει ότι το Fl δεν επηρεάζει την ταχύτητα, αλλά αλλάζει μόνο την κατεύθυνση κίνησης των σωματιδίων. Τότε η δύναμη Lorentz θα έχει κεντρομόλο αποτέλεσμα. Αυτό αντικατοπτρίζεται στο παρακάτω σχήμα.
Εφαρμογή
Από όλες τις περιοχές όπου χρησιμοποιείται η δύναμη Lorentz, μία από τις μεγαλύτερες είναι η κίνηση σωματιδίων στο μαγνητικό πεδίο της γης. Εάν θεωρήσουμε τον πλανήτη μας ως μεγάλο μαγνήτη, τότε τα σωματίδια που βρίσκονται κοντά στους βόρειους μαγνητικούς πόλους κάνουν επιταχυνόμενη κίνηση σε μια σπείρα. Ως αποτέλεσμα αυτού, συγκρούονται με άτομα από τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας και βλέπουμε τα βόρεια φώτα.
Ωστόσο, υπάρχουν και άλλες περιπτώσεις στις οποίες ισχύει αυτό το φαινόμενο. Για παράδειγμα:
- Σωλήνες ακτίνων καθόδου. Στα ηλεκτρομαγνητικά συστήματα εκτροπής τους. Τα CRT έχουν χρησιμοποιηθεί για περισσότερα από 50 χρόνια στη σειρά σε διάφορες συσκευές, από τον απλούστερο παλμογράφο έως τηλεοράσεις διαφόρων σχημάτων και μεγεθών. Είναι περίεργο ότι σε θέματα χρωματικής απόδοσης και εργασίας με γραφικά, ορισμένοι εξακολουθούν να χρησιμοποιούν οθόνες CRT.
- Ηλεκτρικά αυτοκίνητα - γεννήτριες και κινητήρες. Αν και η δύναμη του Ampere είναι πιο πιθανό να δράσει εδώ. Αλλά αυτές οι τιμές μπορούν να θεωρηθούν παρακείμενες. Ωστόσο, αυτές είναι πολύπλοκες συσκευές κατά τη διάρκεια της λειτουργίας των οποίων παρατηρείται η επίδραση πολλών φυσικών φαινομένων.
- Σε επιταχυντές φορτισμένων σωματιδίων για να τους δώσει τροχιές και κατευθύνσεις.
Συμπέρασμα
Για να συνοψίσουμε και να περιγράψουμε τα τέσσερα κύρια σημεία αυτού του άρθρου σε απλή γλώσσα:
- Η δύναμη Lorentz δρα σε φορτισμένα σωματίδια που κινούνται σε μαγνητικό πεδίο. Αυτό προκύπτει από τον βασικό τύπο.
- Είναι άμεσα ανάλογη με την ταχύτητα ενός φορτισμένου σωματιδίου και μαγνητικής επαγωγής.
- Δεν επηρεάζει την ταχύτητα των σωματιδίων.
- Επηρεάζει την κατεύθυνση του σωματιδίου.
Ο ρόλος του είναι αρκετά μεγάλος στις «ηλεκτρικές» περιοχές. Ο ειδικός δεν πρέπει να παραβλέπει τις βασικές θεωρητικές πληροφορίες σχετικά με τους θεμελιώδεις φυσικούς νόμους. Αυτή η γνώση είναι χρήσιμη, καθώς και εκείνοι που ασχολούνται με επιστημονικό έργο, σχεδιασμό και μόνο για γενική ανάπτυξη.
Τέλος, προτείνουμε να παρακολουθείτε χρήσιμα βίντεο για να ενοποιήσετε το υλικό που μελετήθηκε:
Τώρα ξέρετε ποια είναι η δύναμη Lorentz, σε τι ισούται και πώς δρα σε φορτισμένα σωματίδια. Εάν έχετε απορίες, ρωτήστε τα στα σχόλια κάτω από το άρθρο!
Σχετικά υλικά:
Φόρτωση ...
