แรงแอมแปร์ที่กระทำต่อส่วนหนึ่งของตัวนำที่มีความยาว Δ l ด้วยความแรงของกระแสไฟฟ้าที่แน่นอน I ซึ่งอยู่ในสนามแม่เหล็ก B, F = I B Δ l sin α สามารถแสดงออกผ่านแรงที่กระทำต่อตัวพาประจุเฉพาะ

ปล่อยให้ประจุของตัวพาแสดงเป็น q และ n เป็นค่าของความเข้มข้นของตัวพาประจุฟรีในตัวนำ ในกรณีนี้ผลิตภัณฑ์ n q υ S โดยที่ S คือพื้นที่หน้าตัดของตัวนำนั้นเทียบเท่ากับกระแสที่ไหลในตัวนำและ υ คือโมดูลัสของความเร็วของการเคลื่อนที่ที่ได้รับคำสั่งของพาหะใน ตัวนำ:

ฉัน = คิว · n · υ · ส

คำจำกัดความ 2

สูตร กองกำลังแอมแปร์สามารถเขียนได้ในรูปแบบดังนี้

F = q n S Δ l υ B บาป α .

เนื่องจากจำนวนรวม N ของตัวพาประจุฟรีในตัวนำที่มีหน้าตัด S และความยาว Δ l เท่ากับผลคูณ n S Δ l แรงที่กระทำต่ออนุภาคที่มีประจุหนึ่งตัวจะเท่ากับนิพจน์: F L \u003d q υ B บาป α

พลังที่พบเรียกว่า กองกำลังลอเรนซ์. มุม α ในสูตรข้างต้นเทียบเท่ากับมุมระหว่างเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก B → และความเร็ว ν →

ทิศทางของแรงลอเรนซ์ ซึ่งกระทำต่ออนุภาคที่มีประจุบวก ในลักษณะเดียวกับทิศทางของแรงแอมแปร์ พบได้จากกฎสว่านหรือโดยใช้กฎมือซ้าย การจัดเรียงเวกเตอร์ ν → , B → และ FL → ร่วมกันสำหรับอนุภาคที่มีประจุบวกแสดงไว้ในรูปที่ 1 1. 18 . 1.

ภาพที่ 1 18 . 1. การจัดเรียงเวกเตอร์ร่วมกัน ν → , B → และ F л → . โมดูลัสแรงลอเรนซ์ F L →เป็นตัวเลขเทียบเท่ากับผลคูณของพื้นที่ของสี่เหลี่ยมด้านขนานที่สร้างบนเวกเตอร์ ν → และ B → และประจุ q

แรงลอเรนซ์มีทิศทางตามปกติ กล่าวคือ ตั้งฉากกับเวกเตอร์ ν → และ B →.

แรงลอเรนซ์จะไม่ทำงานเมื่ออนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก ข้อเท็จจริงนี้นำไปสู่ความจริงที่ว่าโมดูลัสของเวกเตอร์ความเร็วภายใต้เงื่อนไขการเคลื่อนที่ของอนุภาคก็ไม่เปลี่ยนค่าของมันเช่นกัน

หากอนุภาคมีประจุเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอภายใต้การกระทำของแรงลอเรนซ์และความเร็วของมัน ν → อยู่ในระนาบที่พุ่งตามปกติด้วยความเคารพต่อเวกเตอร์ บี →จากนั้นอนุภาคจะเคลื่อนที่ไปตามวงกลมรัศมีหนึ่ง โดยคำนวณโดยใช้สูตรต่อไปนี้

แรงลอเรนซ์ในกรณีนี้ถูกใช้เป็นแรงสู่ศูนย์กลาง (รูปที่ 1.18.2)

ภาพที่ 1 18 . 2. การเคลื่อนที่แบบวงกลมของอนุภาคที่มีประจุในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ

สำหรับคาบการหมุนของอนุภาคในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ นิพจน์ต่อไปนี้จะใช้ได้:

T = 2 π R υ = 2 π mq B .

สูตรนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าไม่มีการพึ่งพาอนุภาคที่มีประจุของมวลที่กำหนด ม. กับความเร็ว υ และรัศมีของวิถี R

ความสัมพันธ์ด้านล่างนี้เป็นสูตรสำหรับความเร็วเชิงมุมของอนุภาคที่มีประจุซึ่งเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางวงกลม:

ω = υ R = υ q B ม υ = q B ม. .

มันมีชื่อ ความถี่ไซโคลตรอน. ปริมาณทางกายภาพนี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเร็วของอนุภาค ซึ่งเราสามารถสรุปได้ว่ามันไม่ได้ขึ้นอยู่กับพลังงานจลน์ของมันเช่นกัน

คำจำกัดความที่ 4

สถานการณ์นี้พบการใช้งานในไซโคลตรอน กล่าวคือ ในเครื่องเร่งอนุภาคหนัก (โปรตอน ไอออน)

รูปที่ 1. 18 . รูปที่ 3 แสดงแผนผังของไซโคลตรอน

ภาพที่ 1 18 . 3. การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุในห้องสุญญากาศของไซโคลตรอน

คำจำกัดความที่ 5

ดวง- นี่คือโลหะกลวงครึ่งสูบที่วางอยู่ในห้องสุญญากาศระหว่างขั้วของแม่เหล็กไฟฟ้า โดยเป็นหนึ่งในอิเล็กโทรดรูปตัว D เร่งสองตัวในไซโคลตรอน

แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับจะถูกจ่ายให้กับดี ซึ่งมีความถี่เทียบเท่ากับความถี่ไซโคลตรอน อนุภาคที่มีประจุบางส่วนจะถูกฉีดเข้าไปในศูนย์กลางของห้องสุญญากาศ ในช่องว่างระหว่างดี พวกมันจะพบกับความเร่งที่เกิดจากสนามไฟฟ้า อนุภาคภายในดีสซึ่งเคลื่อนที่ไปตามครึ่งวงกลม สัมผัสกับการกระทำของแรงลอเรนซ์ รัศมีของครึ่งวงกลมจะเพิ่มขึ้นตามพลังงานอนุภาคที่เพิ่มขึ้น เช่นเดียวกับเครื่องเร่งปฏิกิริยาอื่นๆ ทั้งหมด ในไซโคลตรอน ความเร่งของอนุภาคมีประจุทำได้โดยการใช้สนามไฟฟ้า และกักเก็บอนุภาคไว้บนวิถีด้วยสนามแม่เหล็ก ไซโคลตรอนทำให้สามารถเร่งโปรตอนให้มีพลังงานใกล้เคียงกับ 20 MeV

สนามแม่เหล็กที่เป็นเนื้อเดียวกันถูกนำมาใช้ในอุปกรณ์หลายชนิดเพื่อการใช้งานที่หลากหลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกเขาได้พบการประยุกต์ใช้ในเครื่องที่เรียกว่าแมสสเปกโตรมิเตอร์

คำนิยาม 6

แมสสเปกโตรมิเตอร์- อุปกรณ์เหล่านี้เป็นอุปกรณ์ที่ช่วยให้เราสามารถวัดมวลของอนุภาคที่มีประจุนั่นคือไอออนหรือนิวเคลียสของอะตอมต่างๆ

อุปกรณ์เหล่านี้ใช้ในการแยกไอโซโทป (นิวเคลียสของอะตอมที่มีประจุเท่ากัน แต่มีมวลต่างกัน เช่น Ne 20 และ Ne 22) บนรูป 1. 18 . รูปที่ 4 แสดงแมสสเปกโตรมิเตอร์เวอร์ชันที่ง่ายที่สุด ไอออนที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิด S จะผ่านรูเล็กๆ หลายรู ซึ่งรวมกันเป็นลำแสงแคบ หลังจากนั้นพวกเขาจะเข้าสู่ตัวเลือกความเร็วโดยที่อนุภาคเคลื่อนที่ในสนามไฟฟ้าที่เป็นเนื้อเดียวกันซึ่งถูกสร้างขึ้นระหว่างแผ่นของตัวเก็บประจุแบบแบนและสนามแม่เหล็กซึ่งปรากฏในช่องว่างระหว่างขั้วของแม่เหล็กไฟฟ้า ความเร็วเริ่มต้น υ → ของอนุภาคมีประจุตั้งฉากกับเวกเตอร์ E → และ B →

อนุภาคที่เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าข้ามจะได้รับผลกระทบจากแรงไฟฟ้า q E → และแรงแม่เหล็กลอเรนซ์ ภายใต้เงื่อนไขเมื่อ E = υ B เป็นจริง แรงเหล่านี้จะชดเชยซึ่งกันและกันโดยสมบูรณ์ ในกรณีนี้อนุภาคจะเคลื่อนที่สม่ำเสมอและเป็นเส้นตรงและเมื่อไหลผ่านตัวเก็บประจุจะผ่านรูในหน้าจอ สำหรับค่าที่กำหนดของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ตัวเลือกจะเลือกอนุภาคที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว υ = E B .

หลังจากกระบวนการเหล่านี้ อนุภาคที่มีความเร็วเท่ากันจะเข้าสู่สนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ B → ห้องแมสสเปกโตรมิเตอร์ อนุภาคภายใต้การกระทำของแรงลอเรนซ์จะเคลื่อนที่ในห้องที่ตั้งฉากกับระนาบสนามแม่เหล็ก วิถีของพวกมันคือวงกลมที่มีรัศมี R = m υ q B " ในกระบวนการวัดรัศมีของวิถีด้วยค่าที่ทราบของ υ และ B " เราสามารถกำหนดอัตราส่วน q ม. . ในกรณีของไอโซโทป นั่นคือ ภายใต้เงื่อนไข q 1 = q 2 แมสสเปกโตรมิเตอร์สามารถแยกอนุภาคที่มีมวลต่างกันได้

ด้วยความช่วยเหลือของแมสสเปกโตรมิเตอร์สมัยใหม่ เราสามารถวัดมวลของอนุภาคที่มีประจุด้วยความแม่นยำเกิน 10 - 4 .

ภาพที่ 1 18 . 4. ตัวเลือกความเร็วและแมสสเปกโตรมิเตอร์

ในกรณีที่ความเร็วของอนุภาค υ → มีส่วนประกอบ υ ∥ → ตามทิศทางของสนามแม่เหล็ก อนุภาคดังกล่าวในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอจะทำให้เกิดการเคลื่อนที่แบบเกลียว รัศมีของเกลียว R นั้นขึ้นอยู่กับโมดูลัสของส่วนประกอบที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก υ ┴ เวกเตอร์ υ → และระยะพิทช์ของเกลียว p ขึ้นอยู่กับโมดูลัสของส่วนประกอบตามยาว υ ∥ (รูปที่ 1 . 18 .5 ).

ภาพที่ 1 18 . 5. การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุเป็นเกลียวในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ

จากนี้เราสามารถพูดได้ว่าวิถีโคจรของอนุภาคที่มีประจุในแง่ "ลม" บนเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก ปรากฏการณ์นี้ใช้ในงานวิศวกรรมสำหรับฉนวนแม่เหล็กของพลาสมาอุณหภูมิสูงซึ่งเป็นก๊าซไอออไนซ์อย่างสมบูรณ์ที่อุณหภูมิประมาณ 10 6 K เมื่อศึกษาปฏิกิริยาเทอร์โมนิวเคลียร์แบบควบคุมจะได้รับสารที่มีสถานะคล้ายคลึงกันในโรงงานประเภท "โทคามัก" พลาสมาจะต้องไม่สัมผัสกับผนังห้อง ฉนวนกันความร้อนทำได้โดยการสร้างสนามแม่เหล็กที่มีการกำหนดค่าพิเศษ รูปที่ 1. 18 . 6 แสดงเป็นตัวอย่างวิถีโคจรของอนุภาคที่มีประจุใน "ขวด" แม่เหล็ก (หรือกับดัก)

ภาพที่ 1 18 . 6. ขวดแม่เหล็ก. อนุภาคที่มีประจุจะไม่เกินขีดจำกัดของมัน สนามแม่เหล็กที่ต้องการสามารถสร้างขึ้นได้โดยใช้ขดลวดกระแสกลมสองเส้น

ปรากฏการณ์เดียวกันนี้เกิดขึ้นในสนามแม่เหล็กของโลก ซึ่งปกป้องสิ่งมีชีวิตทั้งหมดจากการไหลของอนุภาคที่มีประจุจากอวกาศ

คำนิยาม 7

อนุภาคที่มีประจุเร็วจากอวกาศซึ่งส่วนใหญ่มาจากดวงอาทิตย์ถูก "สกัดกั้น" โดยสนามแม่เหล็กของโลก ส่งผลให้เกิดแถบรังสี (รูปที่ 1.18.7) ซึ่งอนุภาคจะเคลื่อนที่ไปมาราวกับอยู่ในกับดักแม่เหล็ก ไปตามวิถีเกลียวก้นหอยระหว่างขั้วแม่เหล็กเหนือและใต้ในเวลาเสี้ยววินาที

ข้อยกเว้นคือบริเวณขั้วโลกซึ่งมีอนุภาคบางส่วนทะลุเข้าไปในชั้นบนของชั้นบรรยากาศ ซึ่งอาจนำไปสู่การเกิดปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น "แสงออโรร่า" แถบรังสีของโลกขยายจากระยะทางประมาณ 500 กม. ไปเป็นรัศมีหลายสิบรัศมีของโลกของเรา เป็นที่น่าจดจำว่าขั้วแม่เหล็กใต้ของโลกตั้งอยู่ใกล้กับขั้วโลกเหนือทางตะวันตกเฉียงเหนือของเกาะกรีนแลนด์ ยังไม่มีการศึกษาธรรมชาติของสนามแม่เหล็กโลก

ภาพที่ 1 18 . 7. แถบรังสีของโลก อนุภาคที่มีประจุเร็วจากดวงอาทิตย์ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นอิเล็กตรอนและโปรตอน จะติดอยู่ในกับดักแม่เหล็กของแถบรังสี

การบุกรุกของพวกเขาเข้าไปในชั้นบรรยากาศชั้นบนนั้นเป็นไปได้ซึ่งเป็นสาเหตุของการปรากฏตัวของ "แสงเหนือ"

ภาพที่ 1 18 . 8. แบบจำลองการเคลื่อนที่ของประจุในสนามแม่เหล็ก

ภาพที่ 1 18 . 9 . แบบจำลองแมสสเปกโตรมิเตอร์

ภาพที่ 1 18 . 10. รุ่นเลือกความเร็ว

หากคุณสังเกตเห็นข้อผิดพลาดในข้อความ โปรดไฮไลต์แล้วกด Ctrl+Enter

แรงลอเรนซ์คือแรงที่กระทำจากด้านข้างของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าต่อประจุไฟฟ้าที่กำลังเคลื่อนที่ บ่อยครั้งมีเพียงองค์ประกอบแม่เหล็กของสนามนี้เท่านั้นที่เรียกว่าแรงลอเรนซ์ สูตรการพิจารณา:

F = q(อี+วีบี)

ที่ไหน ถามคือประจุของอนุภาคอีคือความแรงของสนามไฟฟ้าบี— การเหนี่ยวนำสนามแม่เหล็กโวลต์คือความเร็วของอนุภาค

แรงลอเรนซ์มีหลักการคล้ายกันมาก ความแตกต่างอยู่ที่ข้อเท็จจริงที่ว่าแรงลอเรนซ์กระทำต่อตัวนำทั้งหมด ซึ่งโดยทั่วไปจะมีสภาพเป็นกลางทางไฟฟ้า และ แรงลอเรนซ์อธิบายถึงอิทธิพลของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยการชาร์จเพียงครั้งเดียวเท่านั้น

โดดเด่นด้วยความจริงที่ว่ามันไม่เปลี่ยนความเร็วการเคลื่อนที่ของประจุ แต่ส่งผลต่อเวกเตอร์ความเร็วเท่านั้นนั่นคือสามารถเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุได้

โดยธรรมชาติแล้ว แรงลอเรนซ์ช่วยให้คุณสามารถปกป้องโลกจากผลกระทบของรังสีคอสมิกได้ ภายใต้อิทธิพลของมัน อนุภาคที่มีประจุที่ตกลงบนโลกจะเบี่ยงเบนไปจากเส้นทางตรงเนื่องจากมีสนามแม่เหล็กของโลก ทำให้เกิดแสงออโรร่า

ในทางวิศวกรรม แรงลอเรนซ์ถูกใช้บ่อยมาก: เธอเป็นผู้ขับเคลื่อนโรเตอร์ในเครื่องยนต์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้งหมดภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของสเตเตอร์

ดังนั้นในมอเตอร์ไฟฟ้าและไดรฟ์ไฟฟ้าใดๆ แรงลอเรนซ์จึงเป็นแรงประเภทหลัก นอกจากนี้ยังใช้ในเครื่องเร่งอนุภาค เช่นเดียวกับในปืนอิเล็กตรอนซึ่งก่อนหน้านี้เคยติดตั้งในโทรทัศน์หลอด ในกล้องไคเนสสโคป อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากปืนจะถูกเบี่ยงเบนไปภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของแรงลอเรนซ์

นอกจากนี้ แรงนี้ยังใช้ในแมสสเปกโตรเมทรีและการตรวจด้วยไฟฟ้ามวลสำหรับเครื่องมือที่สามารถคัดแยกอนุภาคที่มีประจุตามประจุเฉพาะของพวกมัน (อัตราส่วนของประจุต่อมวลอนุภาค) ทำให้สามารถระบุมวลของอนุภาคได้อย่างแม่นยำสูง นอกจากนี้ยังพบการใช้งานในเครื่องมือวัดอื่นๆ ด้วย เช่น ในวิธีการแบบไม่สัมผัสสำหรับการวัดการไหลของตัวกลางของเหลวที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า (มิเตอร์วัดกระแส) นี่เป็นสิ่งสำคัญมากหากตัวกลางที่เป็นของเหลวมีอุณหภูมิสูงมาก (โลหะที่หลอมละลาย แก้ว ฯลฯ)

ในบทความเราจะพูดถึงแรงแม่เหล็กลอเรนซ์ วิธีที่มันกระทำต่อตัวนำ พิจารณากฎมือซ้ายสำหรับแรงลอเรนซ์ และโมเมนต์แรงที่กระทำต่อวงจรด้วยกระแส

แรงลอเรนซ์คือแรงที่กระทำต่ออนุภาคมีประจุที่ตกลงสู่สนามแม่เหล็กด้วยความเร็วหนึ่ง ขนาดของแรงนี้ขึ้นอยู่กับขนาดของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามแม่เหล็ก บี, ประจุไฟฟ้าของอนุภาค ถามและความเร็ว โวลต์ซึ่งอนุภาคตกลงไปในสนาม

ทางสนามแม่เหล็ก บีมีพฤติกรรมสัมพันธ์กับโหลดแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากการสังเกตของสนามไฟฟ้า อี. ก่อนอื่นเลยสนาม บีไม่ตอบสนองต่อการโหลด แต่เมื่อขนย้ายสิ่งของลงสนามแล้ว บีแรงจะปรากฏขึ้นซึ่งแสดงด้วยสูตรที่ถือได้ว่าเป็นคำจำกัดความของสนาม บี:

ดังนั้นจึงเป็นที่ชัดเจนว่าสนาม บีทำหน้าที่เป็นแรงตั้งฉากกับทิศทางของเวกเตอร์ความเร็ว วีโหลดและทิศทางเวกเตอร์ บี. สิ่งนี้สามารถแสดงเป็นแผนภาพ:

ในแผนภาพ q มีประจุบวก!

หน่วยของสนาม B สามารถหาได้จากสมการลอเรนซ์ ดังนั้น ในระบบ SI หน่วยของ B เท่ากับ 1 เทสลา (1T) ในระบบ CGS หน่วยสนามคือ Gauss (1G) 1T=104G

สำหรับการเปรียบเทียบ จะมีการแสดงภาพเคลื่อนไหวการเคลื่อนที่ของประจุบวกและประจุลบ

เมื่อลงสนาม บีครอบคลุมพื้นที่ขนาดใหญ่ โดยมีประจุ q เคลื่อนที่ตั้งฉากกับทิศทางของเวกเตอร์ ขทำให้การเคลื่อนไหวมีเสถียรภาพตามวิถีวงกลม อย่างไรก็ตามเมื่อเวกเตอร์ โวลต์มีองค์ประกอบขนานกับเวกเตอร์ ขจากนั้นเส้นทางการชาร์จจะเป็นเกลียวตามที่แสดงในภาพเคลื่อนไหว

ลอเรนซ์บังคับตัวนำด้วยกระแสไฟฟ้า

แรงที่กระทำต่อตัวนำด้วยกระแสไฟฟ้าเป็นผลมาจากแรงลอเรนซ์ที่กระทำต่อตัวพาประจุ อิเล็กตรอน หรือไอออนที่กำลังเคลื่อนที่ หากอยู่ในส่วนของความยาวไกด์ l ตามในรูปวาด

ประจุ Q ทั้งหมดเคลื่อนที่ จากนั้นแรง F ที่กระทำต่อส่วนนี้จะเท่ากับ

ผลหาร Q / t คือค่าของกระแสที่ไหล I ดังนั้นแรงที่กระทำต่อส่วนที่มีกระแสจึงแสดงโดยสูตร

ให้คำนึงถึงการพึ่งพากำลังด้วย เอฟจากมุมระหว่างเวกเตอร์ บีและแกนของเซ็กเมนต์ ความยาวของเซ็กเมนต์ ฉันเป็นได้รับจากลักษณะของเวกเตอร์

มีเพียงอิเล็กตรอนเท่านั้นที่เคลื่อนที่ในโลหะภายใต้การกระทำของความต่างศักย์ ไอออนของโลหะยังคงนิ่งอยู่ในโครงตาข่ายคริสตัล ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ แอนไอออนและแคตไอออนจะเคลื่อนที่ได้

กฎมือซ้าย แรงลอเรนซ์คือการกำหนดทิศทางและการกลับของเวกเตอร์พลังงานแม่เหล็ก (ไฟฟ้าไดนามิก)

ถ้ามือซ้ายอยู่ในตำแหน่งที่เส้นสนามแม่เหล็กตั้งฉากกับพื้นผิวด้านในของมือ (เพื่อให้เส้นทะลุด้านในของมือ) และนิ้วทั้งหมด - ยกเว้นนิ้วหัวแม่มือ - ชี้ไปในทิศทางของการไหลของ กระแสบวก (โมเลกุลที่กำลังเคลื่อนที่) นิ้วหัวแม่มือที่โก่งตัวบ่งบอกถึงทิศทางของแรงไฟฟ้าไดนามิกที่กระทำต่อประจุไฟฟ้าบวกที่วางอยู่ในสนามนี้ (สำหรับประจุลบ แรงจะตรงกันข้าม)

วิธีที่สองในการกำหนดทิศทางของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าคือการวางนิ้วหัวแม่มือ นิ้วชี้ และนิ้วกลางในมุมฉาก ในการจัดเรียงนี้ นิ้วชี้จะแสดงทิศทางของเส้นสนามแม่เหล็ก ทิศทางของนิ้วกลาง ทิศทางการไหลของกระแส และทิศทางของแรงนิ้วหัวแม่มือ

โมเมนต์ของแรงที่กระทำต่อวงจรที่มีกระแสในสนามแม่เหล็ก

โมเมนต์ของแรงที่กระทำต่อวงจรที่มีกระแสไฟฟ้าในสนามแม่เหล็ก (เช่น บนขดลวดในขดลวดมอเตอร์) จะถูกกำหนดโดยแรงลอเรนซ์เช่นกัน หากลูป (ทำเครื่องหมายด้วยสีแดงในแผนภาพ) สามารถหมุนรอบแกนที่ตั้งฉากกับสนาม B และนำกระแสไฟฟ้า I ได้ แรงที่ไม่สมดุล 2 แรง F จะปรากฏขึ้น โดยออกห่างจากเฟรมขนานกับแกนการหมุน

X.A. Lorentz นักฟิสิกส์ชาวดัตช์ ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 พบว่าแรงที่กระทำจากสนามแม่เหล็กบนอนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่นั้นตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาคและเส้นแรงของสนามแม่เหล็กที่อนุภาคเคลื่อนที่เสมอ ทิศทางของแรงลอเรนซ์สามารถกำหนดได้โดยใช้กฎมือซ้าย หากคุณวางฝ่ามือซ้ายโดยให้นิ้วทั้งสี่ที่เหยียดออกระบุทิศทางการเคลื่อนที่ของประจุ และเวกเตอร์ของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กของสนามเข้าไปในนิ้วหัวแม่มือที่หดกลับ มันจะระบุทิศทางของแรงลอเรนซ์ที่กระทำต่อ ประจุบวก

ถ้าประจุของอนุภาคเป็นลบ แรงลอเรนซ์จะพุ่งไปในทิศทางตรงกันข้าม

โมดูลัสแรงลอเรนซ์สามารถหาได้ง่ายจากกฎของแอมแปร์ และเป็น:

เอฟ = | ถาม| vB บาป?,

ที่ไหน ถามคือประจุของอนุภาค โวลต์- ความเร็วของการเคลื่อนที่ ? - มุมระหว่างเวกเตอร์ความเร็วและเวกเตอร์เหนี่ยวนำของสนามแม่เหล็ก

หากนอกเหนือจากสนามแม่เหล็กแล้วยังมีสนามไฟฟ้าซึ่งกระทำต่อประจุด้วยแรงด้วย แล้วแรงทั้งหมดที่กระทำต่อประจุคือ:

.

บ่อยครั้งแรงนี้เรียกว่าแรงลอเรนซ์ และแรงที่แสดงออกมาโดยสูตร ( เอฟ = | ถาม| วีบี บาป?) ถูกเรียก ส่วนแม่เหล็กของแรงลอเรนซ์.

เนื่องจากแรงลอเรนซ์ตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาค จึงไม่สามารถเปลี่ยนความเร็วได้ (ไม่ทำงาน) แต่สามารถเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ได้เท่านั้น กล่าวคือ งอวิถีโคจร

ความโค้งของวิถีโคจรของอิเล็กตรอนใน kinescope ของทีวีนั้นสังเกตได้ง่ายหากคุณนำแม่เหล็กถาวรไปที่หน้าจอ - ภาพจะบิดเบี้ยว

การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอ ปล่อยให้อนุภาคมีประจุบินเข้ามาด้วยความเร็ว โวลต์เข้าไปในสนามแม่เหล็กสม่ำเสมอตั้งฉากกับเส้นแรงตึง

แรงที่กระทำโดยสนามแม่เหล็กบนอนุภาคจะทำให้อนุภาคหมุนอย่างสม่ำเสมอในรัศมีวงกลม รซึ่งหาได้ง่ายโดยใช้กฎข้อที่สองของนิวตัน นิพจน์ความเร่งอย่างมีจุดประสงค์ และสูตร ( เอฟ = | ถาม| วีบี บาป?):

.

จากที่นี่เราได้รับ

.

ที่ไหน มคือมวลของอนุภาค

การประยุกต์ใช้แรงลอเรนซ์

ยกตัวอย่างเช่น การกระทำของสนามแม่เหล็กต่อประจุที่เคลื่อนที่ถูกนำมาใช้ใน สเปกโตรกราฟมวลซึ่งทำให้สามารถแยกอนุภาคที่มีประจุตามประจุเฉพาะของพวกมันได้ เช่น ตามอัตราส่วนของประจุของอนุภาคต่อมวลของมัน และจากผลลัพธ์ที่ได้รับ ทำให้สามารถกำหนดมวลของอนุภาคได้อย่างแม่นยำ

ห้องสุญญากาศของอุปกรณ์วางอยู่ในสนาม (เวกเตอร์การเหนี่ยวนำตั้งฉากกับรูป) อนุภาคที่มีประจุ (อิเล็กตรอนหรือไอออน) ที่ถูกเร่งด้วยสนามไฟฟ้าโดยอธิบายส่วนโค้งแล้วตกลงบนแผ่นถ่ายภาพซึ่งพวกมันทิ้งร่องรอยไว้ซึ่งทำให้สามารถวัดรัศมีของวิถีได้อย่างแม่นยำมาก ร. ประจุเฉพาะของไอออนถูกกำหนดจากรัศมีนี้ เมื่อรู้ประจุของไอออนแล้ว คุณก็สามารถคำนวณมวลของมันได้อย่างง่ายดาย