Pagrindinis mokslas

Lorentzo jėgos fizika

Lorentzo jėgos fizika
Lorentzo jėgos fizika

Video: Tiros Ciegos | Gabo y Zoe vs. Lorenzo y Martina | O11CE Challenges 2024, Rugsėjis

Video: Tiros Ciegos | Gabo y Zoe vs. Lorenzo y Martina | O11CE Challenges 2024, Rugsėjis
Anonim

Lorenco jėga, jėga, kuria veikiama įkrauta dalelių q, judantį greičio v per elektros E ir magnetinio lauko B. Visa elektromagnetinio jėga F ant daleles yra vadinamas Lorenco jėga (po to, kai Nyderlandų fizikas Hendrik A. Lorentz) ir yra apskaičiuojama pagal formulę F = Q E + q prieš × B.

Pirmąjį kadenciją lemia elektrinis laukas. Antrasis terminas yra magnetinė jėga, kurios kryptis yra statmena greičiui ir magnetiniam laukui. Magnetinę jėgą yra proporcingas q ir vektoriaus abipusiai produktų dydį prieš × B. Kalbant apie kampą ϕ tarp v ir B, jėgos dydis lygus qvB sin ϕ. Įdomus Lorenco jėgos rezultatas yra įkrautos dalelės judėjimas vienodame magnetiniame lauke. Jei v yra statmenas B (ty su kampu ϕ tarp v ir B)90 °), dalelė eis žiedine trajektorija, kurios spindulys r = mv / qB. Jei kampas ϕ yra mažesnis nei 90 °, dalelių orbita bus spiralė, kurios ašis lygiagreti lauko linijoms. Jei ϕ yra lygus nuliui, dalelėje nebus jokios magnetinės jėgos, kuri ir toliau judės neatskleista išilgai lauko linijų. Įkrauti dalelių greitintuvai, pavyzdžiui, ciklotronai, naudojasi tuo, kad dalelės juda apskritimo orbita, kai v ir B yra stačiu kampu. Kiekvienai revoliucijai kruopščiai suderintas elektrinis laukas suteikia dalelėms papildomos kinetinės energijos, todėl jos gali judėti vis didesnėmis orbitomis. Kai dalelės įgauna norimą energiją, jos yra išgaunamos ir naudojamos įvairiais būdais, pradedant fundamentaliais medžiagos savybių tyrimais ir baigiant medicininiu vėžio gydymu.

Judančio krūvio magnetinė jėga atskleidžia laidininko krūvio nešėjų ženklą. Srovė, tekanti laidininku iš dešinės į kairę, gali būti teigiamo krūvio nešėjų, judančių iš dešinės į kairę, arba neigiamų krūvių, judančių iš kairės į dešinę, arba tam tikro jų derinio rezultatas. Kai laidininkas statomas B lauke statmenai srovei, abiejų tipų krūvininkų magnetinė jėga yra ta pačia kryptimi. Ši jėga lemia nedidelį potencialo skirtumą tarp laidininko šonų. Šis reiškinys (kurį atrado amerikiečių fizikas Edvinas H. Hallas), žinomas kaip Hallo efektas, atsiranda, kai elektrinis laukas suderinamas su magnetinės jėgos kryptimi. Holo efektas rodo, kad elektrai laidžiant varį dominuoja elektronai. Tačiau cinke laidume dominuoja teigiamo krūvio nešėjų judesiai. Cinko elektronai, sužadinti iš valentinės juostos, palieka skylutes, ty laisvas vietas (ty neužpildytą lygį), kurios elgiasi kaip teigiamo krūvio nešėjai. Šių skylių judėjimas lemia didžiąją elektros laidumo dalį cinke.

Jei viela su srove i yra įstatoma į išorinį magnetinį lauką B, kaip jėga laidui priklausys nuo laido orientacijos? Kadangi srovė rodo krūvių judėjimą laidoje, Lorentz jėga veikia judančius krūvius. Kadangi šie krūviai yra sujungti su laidininku, judančių krūvių magnetinės jėgos perduodamos vielai. Jėga ant mažos ilgis d l vielos priklauso nuo vielos orientacijos atžvilgiu srityje. Jėgos dydį nurodo id lB sin ϕ, kur ϕ yra kampas tarp B ir d l. Nėra jėgos, kai ϕ = 0 arba 180 °, ir jie abu atitinka srovę išilgai lauko lygiagrečios krypties. Jėga yra maksimali, kai srovė ir laukas yra statmenos viena kitai. Jėga yra suteiktas BYD F = Id l × B.

Dar kartą, vektorius abipusiai produktų žymi statmena kryptimi tiek d l ir B.