Сила Лоренца
Сила Лоренца
Поместим проводник с током в магнитное поле. Он придет в движение. Силу, которая на него действует, —определил Ампер:
FA = B•I•l•sinα.
Если же угол α между направлением поля и тока в проводнике прямой, то выражение получает такой вид:
FA = B•I•I.
Но что же надо считать первопричиной движения проводника с током в магнитном поле? Из чего складывается сила Ампера? Поле перемещает проводник, если в нем течет ток, а ток — движение электронов. Очевидно, сумма сил, действующих на каждый из движущихся зарядов, и есть сила Ампера. Лоренц определил силу, действующую на каждый электрон. Для этого он разделил силу Ампера на число электронов в проводнике:
В этой формуле В — индукция поля, I — сила тока, l — длина проводника и n — число электронов. Сила тока определяется в объеме проводника зарядом q, проходящим через сечение проводника в единицу времени:
Заряд q определяется произведением числа электронов n на заряд одного электрона е:
q=n•e. Если в формулу Ампера подставить значение I, то
где v — скорость движения электрона в проводнике.
Теперь формулу Лоренца можно записать так:
Сила Лоренца перпендикулярна как вектору скорости электрона
так и вектору индукции поля
Из механики известно: если на движущееся тело действует сила, перпендикулярная направлению его движения, то это центростремительная сила — тело будет двигаться по кругу. Учтя это, можно сказать, что заряженная частица, попадая в однородное магнитное поле, направление которого перпендикулярно ее движению, будет двигаться под действием силы Лоренца по окружности.
Магнитное поле действует только на движущиеся заряды. Направление силы, действующей на заряд, всегда перпендикулярно его движению, а это значит, что она изменяет лишь направление движения, но не его скорость. Кинетическая энергия частицы остается без изменений.
Так как центростремительная сила — это сила Лоренца, т. е.
Такое поведение движущегося заряда в магнитном поле дает возможность строить гигантские инструменты для проникновения в сокровенные тайны микромира — ускорители элементарных частиц. Электрическое поле ускоряет частицы, а магнитное поле возвращает их для повторения цикла.
|
