ლორენცის ძალა და მისი გავლენა ელექტრულ მუხტზე. ლორენცის ძალის ლორენცის ძალის განტოლება

მაგრამ რა შუაშია მიმდინარეობა

იმიტომ რომnSდ ლ – ბრალდების რაოდენობა მოცულობით სდ ლ, მერე ერთი ბრალდებით

ან

,

(2.5.2)

ლორენცის ძალა – გარე ძალა მაგნიტური ველისიჩქარით მოძრავი დადებითი მუხტისკენ(აქ არის დადებითი მუხტის მატარებლების მოწესრიგებული მოძრაობის სიჩქარე). ლორენცის ძალის მოდული:

,

(2.5.3)

სადაც α არის კუთხე შორის და .

(2.5.4)-დან ირკვევა, რომ ხაზის გასწვრივ მოძრავ მუხტზე არ მოქმედებს ძალა ().

ლორენც ჰენდრიკ ანტონი(1853–1928) - ჰოლანდიელი ფიზიკოსი, კლასიკური ელექტრონული თეორიის შემქმნელი, ნიდერლანდების მეცნიერებათა აკადემიის წევრი. მან გამოიტანა ფორმულა, რომელიც აკავშირებს დიელექტრიკულ მუდმივას დიელექტრიკის სიმკვრივესთან, მისცა გამოხატულება ელექტრომაგნიტურ ველში მოძრავ მუხტზე მოქმედი ძალისთვის (ლორენცის ძალა), ახსნა ნივთიერების ელექტრული გამტარობის დამოკიდებულება თბოგამტარობაზე და შეიმუშავა სინათლის დისპერსიის თეორია. შეიმუშავა მოძრავი სხეულების ელექტროდინამიკა. 1904 წელს მან გამოიტანა ფორმულები, რომლებიც აკავშირებს ერთი და იგივე მოვლენის კოორდინატებსა და დროს ორ სხვადასხვა ინერციულ საცნობარო სისტემაში (ლორენცის გარდაქმნები).

ლორენცის ძალა მიმართულია იმ სიბრტყის პერპენდიკულურად, რომელშიც ვექტორები დევს და . მოძრავი დადებითი მუხტისკენ მარცხენა ხელის წესი მოქმედებს ან« გიმლეტის წესი„(ნახ. 2.6).

უარყოფითი მუხტის ძალის მიმართულება საპირისპიროა, შესაბამისად მარჯვენა ხელის წესი ვრცელდება ელექტრონებზე.

ვინაიდან ლორენცის ძალა მიმართულია მოძრავი მუხტის პერპენდიკულურად, ე.ი. პერპენდიკულარული ,ამ ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო ყოველთვის ნულის ტოლია . შესაბამისად, დამუხტულ ნაწილაკზე მოქმედებით, ლორენცის ძალა არ შეიძლება შეიცვალოს კინეტიკური ენერგიანაწილაკები.

ხშირად ლორენცის ძალა არის ელექტრული და მაგნიტური ძალების ჯამი:

,

(2.5.4)

აქ ელექტრული ძალა აჩქარებს ნაწილაკს და ცვლის მის ენერგიას.

ყოველდღიურად ვაკვირდებით მაგნიტური ძალის გავლენას მოძრავ მუხტზე ტელევიზორის ეკრანზე (ნახ. 2.7).

ეკრანის სიბრტყის გასწვრივ ელექტრონული სხივის მოძრაობა სტიმულირდება გადახრის ხვეულის მაგნიტური ველით. თუ მუდმივ მაგნიტს მიახლოვებთ ეკრანის სიბრტყეს, ადვილად შეამჩნევთ მის გავლენას ელექტრონულ სხივზე იმ დამახინჯებით, რომლებიც გამოსახულებაში ჩნდება.

ლორენცის ძალის მოქმედება დამუხტული ნაწილაკების ამაჩქარებლებში დეტალურად არის აღწერილი 4.3 ნაწილში.

ჰოლანდიელი ფიზიკოსი H.A. Lorenz in გვიანი XIXვ. დაადგინა, რომ მაგნიტური ველის მიერ მოძრავ დამუხტულ ნაწილაკზე მოქმედი ძალა ყოველთვის პერპენდიკულარულია ნაწილაკების მოძრაობის მიმართულებაზე და მაგნიტური ველის ძალის ხაზებზე, რომლებშიც მოძრაობს ეს ნაწილაკი. ლორენცის ძალის მიმართულება შეიძლება განისაზღვროს მარცხენა ხელის წესით. თუ მარცხენა ხელის გულს ისე მოათავსებთ, რომ ოთხი გაშლილი თითი მიუთითებდეს მუხტის მოძრაობის მიმართულებაზე, ხოლო მაგნიტური ინდუქციის ველის ვექტორი შევიდეს გაშლილ ცერში, ეს მიუთითებს ლორენცის ძალის მიმართულებაზე, რომელიც მოქმედებს დადებითზე. დააკისროს.

თუ ნაწილაკების მუხტი უარყოფითია, მაშინ ლორენცის ძალა მიმართული იქნება საპირისპირო მიმართულებით.

ლორენცის ძალის მოდული ადვილად განისაზღვრება ამპერის კანონით და არის:

ფ = | ქ| vB ცოდვა?,

სად ქ- ნაწილაკების მუხტი, ვ- მისი მოძრაობის სიჩქარე, ? - კუთხე სიჩქარისა და მაგნიტური ველის ინდუქციის ვექტორებს შორის.

თუ მაგნიტური ველის გარდა არის ელექტრული ველიც, რომელიც ძალით მოქმედებს მუხტზე , მაშინ მუხტზე მოქმედი ჯამური ძალა უდრის:

.

ხშირად ამ ძალას ლორენცის ძალას უწოდებენ და ძალას, რომელიც გამოხატულია ფორმულით ( ფ = | ქ| vB ცოდვა?) ეძახიან ლორენცის ძალის მაგნიტური ნაწილი.

ვინაიდან ლორენცის ძალა პერპენდიკულარულია ნაწილაკების მოძრაობის მიმართულებაზე, მას არ შეუძლია შეცვალოს მისი სიჩქარე (ის არ ასრულებს მუშაობას), მაგრამ შეუძლია შეცვალოს მხოლოდ მისი მოძრაობის მიმართულება, ანუ ტრაექტორიის მოხრა.

ტელევიზორის გამოსახულების მილში ელექტრონების ტრაექტორიის ასეთი გამრუდება ადვილი შესამჩნევია, თუ მის ეკრანზე მუდმივ მაგნიტს მიიტანთ - გამოსახულება დამახინჯდება.

დამუხტული ნაწილაკების მოძრაობა ერთგვაროვან მაგნიტურ ველში. დაე, დამუხტული ნაწილაკი სიჩქარით შემოფრინდეს ვდაძაბულობის ხაზების პერპენდიკულარულ ერთგვაროვან მაგნიტურ ველში.

მაგნიტური ველის მიერ ნაწილაკზე მოქმედი ძალა გამოიწვევს მის თანაბრად ბრუნვას რადიუსის წრეში რ, რომლის პოვნა ადვილია ნიუტონის მეორე კანონის, მიზანმიმართული აჩქარების გამოხატვისა და ფორმულის გამოყენებით ფ = | ქ| vB ცოდვა?):

.

აქედან ვიღებთ

.

სად მ- ნაწილაკების მასა.

ლორენცის ძალის გამოყენება.

მაგნიტური ველის მოქმედება მოძრავ მუხტებზე გამოიყენება, მაგალითად, ქ მასის სპექტროგრაფები, რაც შესაძლებელს ხდის დამუხტული ნაწილაკების გამოყოფას მათი სპეციფიკური მუხტების მიხედვით, ანუ ნაწილაკების მუხტის მასასთან შეფარდებით და მიღებული შედეგებიდან ზუსტად განსაზღვროს ნაწილაკების მასები.

ველში მოთავსებულია მოწყობილობის ვაკუუმ კამერა (ინდუქციური ვექტორი პერპენდიკულარულია ფიგურაზე). დამუხტული ნაწილაკები (ელექტრონები ან იონები), რომლებიც აჩქარებულია ელექტრული ველით, აღწერს რკალს, ეცემა ფოტოგრაფიულ ფირფიტაზე, სადაც ისინი ტოვებენ კვალს, რომელიც საშუალებას იძლევა დიდი სიზუსტით გაზომოს ტრაექტორიის რადიუსი. რ. ეს რადიუსი განსაზღვრავს იონის სპეციფიკურ მუხტს. იონის მუხტის ცოდნით, შეგიძლიათ მარტივად გამოთვალოთ მისი მასა.

ამპერის ძალასთან, კულონის ურთიერთქმედებასთან და ელექტრომაგნიტურ ველებთან ერთად, ლორენცის ძალის კონცეფცია ხშირად გვხვდება ფიზიკაში. ეს ფენომენი ერთ-ერთი ფუნდამენტურია ელექტრო ინჟინერიასა და ელექტრონიკაში და სხვასთან ერთად. ის გავლენას ახდენს მუხტებზე, რომლებიც მოძრაობენ მაგნიტურ ველში. ამ სტატიაში ჩვენ მოკლედ და ნათლად განვიხილავთ რა არის ლორენცის ძალა და სად გამოიყენება იგი.

განმარტება

როდესაც ელექტრონები მოძრაობენ გამტარის გასწვრივ, მის გარშემო ჩნდება მაგნიტური ველი. ამავდროულად, თუ გამტარს განივი მაგნიტურ ველში მოათავსებთ და გადაადგილდებით, წარმოიქმნება ელექტრომაგნიტური ინდუქციის ემფ. თუ დენი მიედინება გამტარში, რომელიც მაგნიტურ ველშია, მასზე მოქმედებს ამპერის ძალა.

მისი მნიშვნელობა დამოკიდებულია დინებაზე, გამტარის სიგრძეზე, მაგნიტური ინდუქციის ვექტორის სიდიდეზე და მაგნიტური ველის ხაზებსა და გამტარს შორის კუთხის სინუსზე. იგი გამოითვლება ფორმულის გამოყენებით:

განხილული ძალა ნაწილობრივ მსგავსია ზემოთ განხილულის, მაგრამ მოქმედებს არა გამტარზე, არამედ მაგნიტურ ველში მოძრავ დამუხტულ ნაწილაკზე. ფორმულა ასე გამოიყურება:

მნიშვნელოვანი!ლორენცის ძალა (Fl) მოქმედებს მაგნიტურ ველში მოძრავ ელექტრონზე, ხოლო გამტარზე - ამპერზე.

ორი ფორმულიდან ირკვევა, რომ როგორც პირველ, ასევე მეორე შემთხვევაში, რაც უფრო ახლოს არის ალფას კუთხის სინუსი 90 გრადუსამდე, მით უფრო დიდია ეფექტი გამტარზე ან მუხტზე Fa ან Fl-ით, შესაბამისად.

ამრიგად, ლორენცის ძალა ახასიათებს არა სიჩქარის ცვლილებას, არამედ მაგნიტური ველის ეფექტს დამუხტულ ელექტრონზე ან დადებით იონზე. როდესაც მათ ექვემდებარება, Fl არ აკეთებს რაიმე სამუშაოს. შესაბამისად, იცვლება დამუხტული ნაწილაკების სიჩქარის მიმართულება და არა მისი სიდიდე.

რაც შეეხება ლორენცის ძალის საზომ ერთეულს, ისევე როგორც ფიზიკაში სხვა ძალების შემთხვევაში, გამოიყენება ისეთი სიდიდე, როგორიც ნიუტონია. მისი კომპონენტები:

როგორ არის მიმართული ლორენცის ძალა?

ლორენცის ძალის მიმართულების დასადგენად, ისევე როგორც ამპერის ძალის შემთხვევაში, მუშაობს მარცხენა წესი. ეს ნიშნავს, რომ იმის გასაგებად, თუ სად არის მიმართული Fl მნიშვნელობა, თქვენ უნდა გახსნათ მარცხენა ხელის ხელი ისე, რომ მაგნიტური ინდუქციის ხაზები შევიდეს თქვენს ხელში, ხოლო გაშლილი ოთხი თითი მიუთითებს სიჩქარის ვექტორის მიმართულებაზე. შემდეგ ხელისგულთან მარჯვენა კუთხით მოხრილი ცერა ლორენცის ძალის მიმართულებას მიუთითებს. ქვემოთ მოცემულ სურათზე ხედავთ, თუ როგორ უნდა განსაზღვროთ მიმართულება.

ყურადღება!ლორენცის მოქმედების მიმართულება პერპენდიკულარულია ნაწილაკების მოძრაობისა და მაგნიტური ინდუქციის ხაზების მიმართ.

ამ შემთხვევაში, უფრო ზუსტად, დადებითად და უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკებისთვის მნიშვნელოვანია ოთხი გაშლილი თითის მიმართულება. ზემოთ აღწერილი მარცხენა წესი ჩამოყალიბებულია დადებითი ნაწილაკისთვის. თუ ის უარყოფითად არის დამუხტული, მაშინ მაგნიტური ინდუქციის ხაზები უნდა იყოს მიმართული არა ღია ხელისკენ, არამედ მისი ზურგისკენ, ხოლო ვექტორის Fl მიმართულება იქნება საპირისპირო.

ახლა ჩვენ გეტყვით მარტივი სიტყვებით, რას გვაძლევს ეს ფენომენი და რა რეალური გავლენა აქვს მას ბრალდებებზე. დავუშვათ, რომ ელექტრონი მოძრაობს მაგნიტური ინდუქციის ხაზების მიმართულების პერპენდიკულარულ სიბრტყეში. ჩვენ უკვე აღვნიშნეთ, რომ Fl არ მოქმედებს სიჩქარეზე, არამედ მხოლოდ ცვლის ნაწილაკების მოძრაობის მიმართულებას. მაშინ ლორენცის ძალას ექნება ცენტრიდანული ეფექტი. ეს აისახება ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში.

განაცხადი

ყველა სფეროდან, სადაც ლორენცის ძალა გამოიყენება, ერთ-ერთი ყველაზე დიდია ნაწილაკების მოძრაობა დედამიწის მაგნიტურ ველში. თუ ჩვენს პლანეტას დიდ მაგნიტად მივიჩნევთ, მაშინ ნაწილაკები, რომლებიც ჩრდილოეთ მაგნიტურ პოლუსებთან მდებარეობენ აჩქარებულ სპირალში მოძრაობენ. შედეგად, ისინი ეჯახებიან ატმოსფეროს ზედა ნაწილს და ჩვენ ვხედავთ ჩრდილოეთის შუქებს.

თუმცა, არის სხვა შემთხვევები, როდესაც ეს ფენომენი ვრცელდება. მაგალითად:

• კათოდური სხივების მილები. მათ ელექტრომაგნიტური გადახრის სისტემებში. CRT-ები ზედიზედ 50 წელზე მეტია გამოიყენება სხვადასხვა მოწყობილობებში, დაწყებული უმარტივესი ოსცილოსკოპიდან ტელევიზორამდე. სხვადასხვა ფორმებიდა ზომები. საინტერესოა, რომ როდესაც საქმე ეხება ფერთა რეპროდუქციას და გრაფიკასთან მუშაობას, ზოგი მაინც იყენებს CRT მონიტორებს.
• ელექტრო მანქანები - გენერატორები და ძრავები. მიუხედავად იმისა, რომ ამპერის ძალა უფრო მეტად მოქმედებს აქ. მაგრამ ეს რაოდენობები შეიძლება ჩაითვალოს მიმდებარედ. თუმცა, ეს არის რთული მოწყობილობები, რომელთა ექსპლუატაციის დროს შეინიშნება მრავალი ფიზიკური ფენომენის გავლენა.
• დამუხტული ნაწილაკების ამაჩქარებლებში მათი ორბიტებისა და მიმართულებების დასაყენებლად.

დასკვნა

მოდით შევაჯამოთ და გამოვყოთ ამ სტატიის ოთხი ძირითადი პუნქტი მარტივი ენით:

1. ლორენცის ძალა მოქმედებს დამუხტულ ნაწილაკებზე, რომლებიც მოძრაობენ მაგნიტურ ველში. ეს გამომდინარეობს ძირითადი ფორმულიდან.
2. ეს პირდაპირპროპორციულია დამუხტული ნაწილაკების სიჩქარისა და მაგნიტური ინდუქციისა.
3. არ მოქმედებს ნაწილაკების სიჩქარეზე.
4. გავლენას ახდენს ნაწილაკების მიმართულებაზე.

მისი როლი საკმაოდ დიდია "ელექტრო" სფეროებში. სპეციალისტმა არ უნდა დაკარგოს ძირითადი თეორიული ინფორმაცია ფუნდამენტური ფიზიკური კანონები. ეს ცოდნა სასარგებლო იქნება, ისევე როგორც მათთვის, ვინც საქმეს ეხება სამეცნიერო მუშაობა, დიზაინი და მხოლოდ ზოგადი განვითარებისთვის.

ახლა თქვენ იცით, რა არის ლორენცის ძალა, რისი ტოლია და როგორ მოქმედებს დამუხტულ ნაწილაკებზე. თუ თქვენ გაქვთ რაიმე შეკითხვები, ჰკითხეთ მათ სტატიის ქვემოთ მოცემულ კომენტარებში!

მასალები

ლორენცის ძალის განმარტება

ლორენცის ძალის განმარტება

ლორენცის ძალა არის მაგნიტური და ელექტრული ძალების ერთობლიობა წერტილოვან მუხტზე, რომელიც გამოწვეულია ელექტრომაგნიტური ველებით. ან სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ლორენცის ძალა არის ძალა, რომელიც მოქმედებს ნებისმიერ დამუხტულ ნაწილაკზე, რომელიც ეცემა მაგნიტურ ველში გარკვეული სიჩქარით. მისი ღირებულება დამოკიდებულია მაგნიტური ინდუქციის სიდიდეზე IN, ნაწილაკების ელექტრული მუხტი ქდა სიჩქარე, რომლითაც ნაწილაკი ვარდება ველში - ვ. როგორია ლორენცის ძალის გამოთვლის ფორმულა, ისევე როგორც მისი პრაქტიკული მნიშვნელობაფიზიკაში, წაიკითხეთ.

ცოტა ისტორია

ელექტრომაგნიტური ძალის აღწერის პირველი მცდელობები მე -18 საუკუნეში გაკეთდა. მეცნიერებმა ჰენრი კავენდიშმა და ტობიას მაიერმა ვარაუდობდნენ, რომ ძალა მაგნიტურ პოლუსებზე და ელექტრულად დამუხტულ ობიექტებზე ემორჩილება შებრუნებულ კვადრატულ კანონს. თუმცა, ამ ფაქტის ექსპერიმენტული მტკიცებულება არ იყო სრული და დამაჯერებელი. მხოლოდ 1784 წელს ჩარლზ ავგუსტინ დე კულომმა თავისი ბრუნვის ბალანსის გამოყენებით შეძლო საბოლოოდ დაემტკიცებინა ეს ვარაუდი.

1820 წელს ფიზიკოსმა ორსტედმა აღმოაჩინა ის ფაქტი, რომ ვოლტის დენი მოქმედებს კომპასის მაგნიტურ ნემსზე და იმავე წელს ანდრე-მარი ამპერმა შეძლო შეექმნა ფორმულა ორ მიმდინარე ელემენტს შორის კუთხური დამოკიდებულების შესახებ. ფაქტობრივად, ეს აღმოჩენები გახდა საფუძველი თანამედროვე კონცეფციაელექტრო და მაგნიტური ველები. თავად კონცეფციამ მიიღო თავისი შემდგომი განვითარებამაიკლ ფარადეის თეორიებში, განსაკუთრებით მის იდეაში ძალის ხაზების შესახებ. ლორდ კელვინმა და ჯეიმს მაქსველმა ფარადეის თეორიებს დაამატეს დეტალური მათემატიკური აღწერა. კერძოდ, მაქსველმა შექმნა ეგრეთ წოდებული „მაქსველის ველის განტოლება“ - ეს არის დიფერენციალური და ინტეგრალური განტოლებების სისტემა, რომელიც აღწერს ელექტრომაგნიტურ ველს და მის ურთიერთობას ელექტრულ მუხტებთან და დენებთან ვაკუუმში და უწყვეტ მედიაში.

ჯეჯეი ტომპსონი იყო პირველი ფიზიკოსი, რომელიც ცდილობდა მაქსველის ველის განტოლებიდან გამოეყვანა ელექტრომაგნიტური ძალა, რომელიც მოქმედებს მოძრავ დამუხტულ ობიექტზე. 1881 წელს მან გამოაქვეყნა თავისი ფორმულა F = q/2 v x B. მაგრამ გარკვეული არასწორი გამოთვლებისა და მიკერძოების დენის არასრული აღწერის გამო, ის მთლად სწორი არ აღმოჩნდა.

და ბოლოს, 1895 წელს, ჰოლანდიელმა მეცნიერმა ჰენდრიკ ლორენცმა გამოიტანა სწორი ფორმულა, რომელიც დღესაც გამოიყენება და ასევე ატარებს მის სახელს, ისევე როგორც ძალას, რომელიც მოქმედებს მაგნიტურ ველში მფრინავ ნაწილაკზე, ახლა ეწოდება "ლორენცის ძალა". ”

ლორენცის ძალის ფორმულა

ლორენცის ძალის გამოთვლის ფორმულა შემდეგია:

სად q - ელექტრო მუხტინაწილაკი, V არის მისი სიჩქარე, ხოლო B არის მაგნიტური ველის მაგნიტური ინდუქციის სიდიდე.

ამ შემთხვევაში, B ველი მოქმედებს როგორც ძალა, რომელიც პერპენდიკულარულია დატვირთვების V სიჩქარის ვექტორის მიმართულებისა და ვექტორის B მიმართულების მიმართ. ეს შეიძლება ილუსტრირებული იყოს დიაგრამაზე:

მარცხენა წესი ფიზიკოსებს საშუალებას აძლევს დაადგინონ მაგნიტური (ელექტროდინამიკური) ენერგიის ვექტორის მიმართულება და დაბრუნება. წარმოიდგინეთ, რომ ჩვენი მარცხენა ხელი ისეა განლაგებული, რომ მაგნიტური ველის ხაზები მიმართულია ხელის შიდა ზედაპირზე პერპენდიკულურად (ისე, რომ ისინი შეაღწიონ ხელის შიგნით), და ყველა თითი, გარდა ცერა თითის, მიუთითებს დადებითი დენის ნაკადის მიმართულებით. , გადახრილი ცერა თითი მიუთითებს ამ ველში მოთავსებულ დადებით მუხტზე მოქმედი ელექტროდინამიკური ძალის მიმართულებაზე.

ასე გამოიყურება სქემატურად.

ასევე არსებობს მეორე გზა ელექტრომაგნიტური ძალის მიმართულების დასადგენად. იგი შედგება ცერა, საჩვენებელი და შუა თითების სწორი კუთხით მოთავსებისგან. ამ შემთხვევაში, საჩვენებელი თითი აჩვენებს მაგნიტური ველის ხაზების მიმართულებას, შუა თითი აჩვენებს მიმდინარე მოძრაობის მიმართულებას, ცერა თითი აჩვენებს ელექტროდინამიკური ძალის მიმართულებას.

ლორენცის ძალის გამოყენება

ლორენცის ძალას და მის გამოთვლებს აქვს საკუთარი პრაქტიკული გამოყენებაროგორც სპეციალური სამეცნიერო ინსტრუმენტების - მასის სპექტრომეტრების შექმნისას, რომლებიც გამოიყენება ატომებისა და მოლეკულების იდენტიფიცირებისთვის, ასევე მრავალი სხვა ხელსაწყოს შექმნისას მრავალფეროვანი აპლიკაციებისთვის. მოწყობილობები მოიცავს ელექტროძრავებს, დინამიკებს და სარკინიგზო იარაღს.

სხვაგან არსად სკოლის კურსიფიზიკა არ ეხმიანება დიდ მეცნიერებას, როგორც ელექტროდინამიკაში. კერძოდ, მისმა ქვაკუთხედმა - ელექტრომაგნიტური ველის დამუხტულ ნაწილაკებზე ზემოქმედებამ - ფართო გამოყენება ჰპოვა ელექტრო ინჟინერიაში.

ლორენცის ძალის ფორმულა

ფორმულა აღწერს ურთიერთობას მაგნიტურ ველსა და მოძრავი მუხტის ძირითად მახასიათებლებს შორის. მაგრამ ჯერ უნდა გაარკვიოთ რა არის ეს.

ლორენცის ძალის განმარტება და ფორმულა

სკოლაში ხშირად აჩვენებენ ექსპერიმენტს ქაღალდის ფურცელზე მაგნიტით და რკინის ნარჩენებით. თუ მას ქაღალდის ქვეშ მოათავსებთ და ოდნავ შეანჯღრიეთ, ნახერხი დალაგდება ხაზების გასწვრივ, რომლებსაც ჩვეულებრივ მაგნიტური ინტენსივობის ხაზებს უწოდებენ. მარტივი სიტყვებით რომ ვთქვათ, ეს არის მაგნიტის ძალის ველი, რომელიც მას გარს აკრავს, როგორც კოკონი. თავის თავზე დახურულია, ანუ არც დასაწყისი აქვს და არც დასასრული. ეს არის ვექტორული სიდიდე, რომელიც მიმართულია სამხრეთ პოლუსიმაგნიტი ჩრდილოეთით.

მასში დამუხტული ნაწილაკი რომ შემოფრინდეს, ველი მასზე ძალიან საინტერესოდ იმოქმედებს. ის არ შეანელებდა და არ აჩქარებდა, უბრალოდ გვერდზე გადახდებოდა. რაც უფრო სწრაფია ის და რაც უფრო ძლიერია ველი, მით უფრო მეტად მოქმედებს ეს ძალა მასზე. მას ლორენცის ძალა უწოდეს იმ ფიზიკოსის პატივსაცემად, რომელმაც პირველად აღმოაჩინა მაგნიტური ველის ეს თვისება.

იგი გამოითვლება სპეციალური ფორმულის გამოყენებით:

აქ q არის მუხტის სიდიდე კულონებში, v არის სიჩქარე, რომლითაც მოძრაობს მუხტი მ/წმ-ში და B არის მაგნიტური ველის ინდუქცია საზომი ერთეულში T (ტესლა).

ლორენცის ძალის მიმართულება

მეცნიერებმა შენიშნეს, რომ არსებობს გარკვეული ნიმუში ნაწილაკების მაგნიტურ ველში გადაფრენასა და მის გადახვევას შორის. დამახსოვრების გასაადვილებლად მათ შეიმუშავეს სპეციალური მნემონური წესი. მისი დამახსოვრება ძალიან მცირე ძალისხმევას მოითხოვს, რადგან ის იყენებს იმას, რაც ყოველთვის ხელთ არის - შენი ხელი. უფრო ზუსტად, მარცხენა პალმა, რომლის პატივსაცემად მას მარცხენა ხელის წესს უწოდებენ.

ასე რომ, ხელი უნდა იყოს ღია, ოთხი თითი წინ არის მიმართული, ცერა თითი გვერდზე გამოწეული. მათ შორის კუთხე არის 900. ახლა თქვენ უნდა წარმოიდგინოთ, რომ მაგნიტური ნაკადი არის ისარი, რომელიც იჭრება ხელისგულში შიგნიდან და გამოდის უკნიდან. ამავდროულად, თითები იმავე მიმართულებით გამოიყურება, როგორც წარმოსახვითი ნაწილაკი დაფრინავს. ამ შემთხვევაში, ცერა თითი აჩვენებს სად გადაიხრება.

საინტერესოა!

მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ მარცხენა ხელის წესი ვრცელდება მხოლოდ პლუს ნიშნის მქონე ნაწილაკებზე. იმის გასარკვევად, თუ სად გადაიხრება უარყოფითი მუხტი, თქვენ უნდა მიუთითოთ ოთხი თითი იმ მიმართულებით, საიდანაც ნაწილაკი დაფრინავს. ყველა სხვა მანიპულაცია იგივე რჩება.

ლორენცის ძალის თვისებების შედეგები

სხეული მიფრინავს მაგნიტურ ველში გარკვეული კუთხით. ინტუიციურად ცხადია, რომ მის მნიშვნელობას აქვს გარკვეული მნიშვნელობა მასზე ველის გავლენის ბუნებაზე, რომ უფრო გასაგები გახდეს. თქვენ უნდა იცოდეთ, რომ ძალაც და სიჩქარეც არის ვექტორული სიდიდეები, ანუ მათ აქვთ მიმართულება. იგივე ეხება მაგნიტური ინტენსივობის ხაზებს. შემდეგ ფორმულა შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:

sin α აქ არის კუთხე ორ ვექტორულ სიდიდეს შორის: მაგნიტური ველის სიჩქარე და ნაკადი.

მოგეხსენებათ, ნულოვანი კუთხის სინუსიც ნულია. გამოდის, რომ თუ ნაწილაკის ტრაექტორია გადის მაგნიტური ველის ხაზების გასწვრივ, მაშინ ის არსად გადაიხრება.

ერთგვაროვან მაგნიტურ ველში ველის ხაზებს ერთმანეთისგან ერთნაირი და მუდმივი მანძილი აქვთ. ახლა წარმოიდგინეთ, რომ ასეთ ველში ნაწილაკი მოძრაობს ამ ხაზების პერპენდიკულურად. ამ შემთხვევაში, ლოურენსის ძალა აიძულებს მას წრეში იმოძრაოს ძალის ხაზების პერპენდიკულარულ სიბრტყეში. ამ წრის რადიუსის საპოვნელად, თქვენ უნდა იცოდეთ ნაწილაკების მასა:

შემთხვევითი არ არის, რომ დამუხტვის მნიშვნელობა აღებულია მოდულად. ეს ნიშნავს, რომ არ აქვს მნიშვნელობა ნაწილაკი შედის მაგნიტურ ველში უარყოფითი თუ დადებითი: გამრუდების რადიუსი იგივე იქნება. შეიცვლება მხოლოდ ის მიმართულება, რომლითაც ის დაფრინავს.

ყველა სხვა შემთხვევაში, როდესაც მუხტს აქვს გარკვეული კუთხე α მაგნიტურ ველთან, ის იმოძრავებს ტრაექტორიის გასწვრივ, რომელიც ჰგავს სპირალს მუდმივი რადიუსით R და სიმაღლე h. მისი ნახვა შესაძლებელია ფორმულის გამოყენებით:

ამ ფენომენის თვისებების კიდევ ერთი შედეგია ის, რომ ის არანაირ ეფექტს არ ახდენს. ანუ ის არ იძლევა ან იღებს ენერგიას ნაწილაკისგან, არამედ მხოლოდ ცვლის მისი მოძრაობის მიმართულებას.

მაგნიტური ველისა და დამუხტული ნაწილაკების ურთიერთქმედების ამ ეფექტის ყველაზე ნათელი ილუსტრაცია ჩრდილოეთის ნათებაა. ჩვენი პლანეტის გარშემო არსებული მაგნიტური ველი აფერხებს მზიდან მოსულ დამუხტულ ნაწილაკებს. მაგრამ რადგან ის ყველაზე სუსტია დედამიწის მაგნიტურ პოლუსებზე, ელექტრული დამუხტული ნაწილაკები შეაღწევენ იქ, რაც იწვევს ატმოსფეროს ანათებას.

ნაწილაკებზე მინიჭებული ცენტრიდანული აჩქარება გამოიყენება ელექტრო მანქანებში - ელექტროძრავებში. თუმცა აქ უფრო მიზანშეწონილია ვისაუბროთ ამპერის ძალაზე - ლოურენსის ძალის განსაკუთრებული გამოვლინება, რომელიც მოქმედებს გამტარზე.

ამაჩქარებლების მუშაობის პრინციპი ელემენტარული ნაწილაკებიასევე ეფუძნება ელექტრომაგნიტური ველის ამ თვისებას. სუპერგამტარი ელექტრომაგნიტები აცილებენ ნაწილაკებს სწორხაზოვანი მოძრაობა, რის გამოც ისინი მოძრაობენ წრეში.

ყველაზე საინტერესო ის არის, რომ ლორენცის ძალა არ ემორჩილება ნიუტონის მესამე კანონს, რომელიც ამბობს, რომ ყველა მოქმედებას აქვს თავისი რეაქცია. ეს გამოწვეულია იმით, რომ ისააკ ნიუტონს სჯეროდა, რომ ყველა ურთიერთქმედება ნებისმიერ მანძილზე ხდება მყისიერად, მაგრამ ეს ასე არ არის. ეს რეალურად ხდება ველების მეშვეობით. საბედნიეროდ, უხერხულობის თავიდან აცილება მოხდა, რადგან ფიზიკოსებმა მოახერხეს მესამე კანონის გადამუშავება იმპულსის კონსერვაციის კანონში, რაც ასევე მართალია ლოურენსის ეფექტზე.

ლორენცის ძალის ფორმულა მაგნიტური და ელექტრული ველების არსებობისას

მაგნიტური ველი არსებობს არა მხოლოდ მუდმივ მაგნიტებში, არამედ ელექტროენერგიის ნებისმიერ გამტარში. მხოლოდ ამ შემთხვევაში, მაგნიტური კომპონენტის გარდა, არის ელექტრო კომპონენტიც. თუმცა, ამ ელექტრომაგნიტურ ველშიც კი, ლოურენსის ეფექტი აგრძელებს გავლენას და განისაზღვრება ფორმულით:

სადაც v არის ელექტრულად დამუხტული ნაწილაკის სიჩქარე, q არის მისი მუხტი, B და E არის ველის მაგნიტური და ელექტრული ველის სიძლიერე.

ლორენცის ძალის ერთეული

სხვა ფიზიკური სიდიდეების უმეტესობის მსგავსად, რომლებიც მოქმედებენ სხეულზე და ცვლიან მის მდგომარეობას, ის იზომება ნიუტონებში და აღინიშნება ასო N-ით.

ელექტრული ველის სიძლიერის კონცეფცია

ელექტრომაგნიტური ველი რეალურად შედგება ორი ნახევრისგან - ელექტრული და მაგნიტური. ისინი ტყუპებივით არიან, ყველაფერში ერთნაირი, მაგრამ განსხვავებული პიროვნებით. და თუ ყურადღებით დააკვირდებით, შეამჩნევთ მცირე განსხვავებებს გარეგნულად.

იგივე ეხება ძალის ველებს. ელექტრულ ველს ასევე აქვს ინტენსივობა - ვექტორული რაოდენობა, რაც არის სიმძლავრის მახასიათებელი. ის გავლენას ახდენს მასში უმოძრაო ნაწილაკებზე. თავისთავად, ეს არ არის ლორენცის ძალა, ის უბრალოდ უნდა იქნას გათვალისწინებული ნაწილაკზე ზემოქმედების გაანგარიშებისას ელექტრული და მაგნიტური ველების არსებობისას.

ელექტრული ველის სიძლიერე

დაძაბულობა ელექტრული ველიგავლენას ახდენს მხოლოდ სტაციონარულ მუხტზე და განისაზღვრება ფორმულით:

საზომი ერთეულია N/C ან V/m.

დავალების მაგალითები

პრობლემა 1

მუხტი 0,005 C, რომელიც მოძრაობს მაგნიტურ ველში 0,3 ტ ინდუქციით, ექვემდებარება ლორენცის ძალას. გამოთვალეთ, თუ მუხტის სიჩქარე 200 მ/წმ-ია და ის 450 კუთხით მოძრაობს მაგნიტური ინდუქციის ხაზებთან.

პრობლემა 2

დაადგინეთ სხეულის სიჩქარე, რომელსაც აქვს მუხტი და რომელიც მოძრაობს მაგნიტურ ველში 2 T ინდუქციით 900 კუთხით. სიდიდე, რომლითაც ველი მოქმედებს სხეულზე არის 32 N, სხეულის მუხტი 5. × 10-3 C.

პრობლემა 3

ელექტრონი მოძრაობს ერთგვაროვან მაგნიტურ ველში მისი ველის ხაზების მიმართ 900 კუთხით. სიდიდე, რომლითაც ველი მოქმედებს ელექტრონზე არის 5 × 10-13 ნ. მაგნიტური ინდუქციის სიდიდე არის 0,05 ტესლა. განსაზღვრეთ ელექტრონის აჩქარება.

ac=v2R=6×10726.8×10-3=5×1017ms2

ელექტროდინამიკა მოქმედებს ცნებებით, რომლებიც ძნელია ანალოგიის პოვნა ჩვეულებრივ სამყაროში. მაგრამ ეს საერთოდ არ ნიშნავს, რომ მათი გაგება შეუძლებელია. სხვადასხვა ვიზუალური ექსპერიმენტებით და ბუნებრივი მოვლენებიელექტროენერგიის სამყაროს შესწავლის პროცესი შეიძლება მართლაც საინტერესო იყოს.