mozok.click » Фізика » Дія магнітного поля на рухомим електричний заряд. Сила Лоренца
Інформація про новину
  • Переглядів: 57
  • Автор: admin
  • Дата: 28-01-2018, 15:58
28-01-2018, 15:58

Дія магнітного поля на рухомим електричний заряд. Сила Лоренца

Категорія: Фізика

Дія магнітного поля на рухомий електричний заряд. Сила Лоренца. Як відомо, електричний струм — це потік електрично заряджених частинок. Тому дія магнітного поля на провідник зі струмом — це сумарний результат дії магнітного поля на окремі рухомі заряджені частинки, які цей струм утворюють.

Голландський учений Гендрік Лоренц пояснив існування сили Ампера тим, що магнітне поле діє на рухомі заряджені частинки в провіднику зі струмом. Оскільки ці частинки не можуть вирватися з провідника, то загальна сила, яка діє на них, прикладена до провідника. Таким чином, сила Ампера є сумою сил, що діють на вільні заряджені частинки в провіднику зі струмом.

Це припущення дозволяє визначити силу, що діє на одну рухому заряджену частинку в магнітному полі. Силу, з якою магнітне поле діє на рухому електрично заряджену частинку, називають силою Лоренца.

Сила Лоренца — це сила, що діє з боку магнітного поля на рухому заряджену частинку.

Одержимо вираз для визначення сили Лоренца з виразу для сили Ампера, підрахувавши кількість рухомих заряджених частинок у провіднику. Нехай N — загальна кількість вільних заряджених частинок у провіднику зі струмом. У металах такими частинками є електрони і, як відомо, I = vneS, де е — заряд електрона, v — модуль швидкості його руху, S — площа поперечного перерізу провідника, n — концентрація вільних електронів. Тоді



У загальному випадку (для довільних заряджених частинок) вираз для обчислення сили Лоренца має вигляд

електричний заряд частинки.

Сила Лоренца (як і сила Ампера) діє перпендикулярно до напрямку силових ліній. Тому заряджені частинки, улітаючи в магнітне поле перпендикулярно до його силових ліній, рухаються по колу (мал. 68, а, б). У випадку, якщо заряджена частинка рухається вздовж силових ліній, сила Лоренца не виникає (мал. 68, в).

Напрямок сили Лоренца (як і напрямок сили Ампера) визначають за правилом лівої руки. При цьому слід враховувати, що коли в магнітному полі рухається позитивно заряджена частинка, то чотири пальці треба спрямувати в бік її руху, якщо ж рухається негативно заряджена частинка, то витягнуті чотири пальці треба спрямувати проти вектору швидкості (мал. 69).

Якщо частинки влітають у магнітне поле під деяким (відмінним від 90°) кутом а, вони ніби нанизуватимуться на магнітні силові лінії й рухатимуться вздовж їх по спіралі (мал. 70).


Прояви та застосування сили Лоренца в природі й техніці. Під

час вивчення магнітних явищ ви дізналися, що виникнення полярного сяйва пояснюється взаємодією між космічними електрично зарядженими частинками й магнітним полем Землі. Саме по спіралях рухаються космічні заряджені частинки в магнітному полі Землі (мал. 71). Унаслідок дії сили Лоренца абсолютна їх більшість до поверхні Землі не долітає. Лише незначна частина цих частинок нагромаджується поблизу магнітних

полюсів Землі, гальмується, ударяючись об атоми й молекули газів, які складають атмосферу, й спричинює полярне сяйво.

Сила Лоренца «працює» також в електронно-променевих трубках, електронних мікроскопах та безлічі інших приладів. Зокрема, дуже важливе значення для розвитку ядерної фізики та фізики елементарних частинок мають прискорювачі частинок. Так називають установки, в яких заряджені частинки розганяються магнітним полем до великих швидкостей, що наближаються за своїми значеннями до швидкості світла (а отже, і до великих енергій). Пучки заряджених частинок великих енергій потрібні для бомбардування атомних ядер з метою дослідження їх будови, розкриття природи ядерних сил, виявлення нових частинок, що народжуються в реакціях під час взаємодії частинок високих енергій між собою.

Існує багато типів прискорювачів.

Порівняно новим і сучасним є прискорювач на зустрічних пучках — колайдер (від англ. collide — зіткнути) — це система з двох прискорювачів заряджених частинок, у якій два пучки спрямовуються назустріч один одному.

На малюнку 72 зображено колайдер Європейського центру ядерних досліджень, який розташовано поблизу м. Женева.

Формуємо СВОЮ КОМПЕТЕНТНІСТЬ

Я поміркую й зможу пояснити

1. Як пояснити виникнення сили Лоренца? За якою формулою її обчислюють?

2. Як пов’язані між собою сила Лоренца та сила Ампера?

3. Як будуть поводити себе заряджена й нейтральна частинки в магнітному полі, якщо вони влітають перпендикулярно до силових ліній? Поясніть.

4. За яким правилом визначають напрямок дії сили Лоренца? Чи однаково воно застосовується до позитивно й негативно заряджених частинок?

5. Де в природі й техніці проявляється та застосовується дія сили Лоренца?

Вчимося розв'язувати задачі

Задача. Визначте силу, що діє на частинку з боку магнітного поля індукцією 0,3 Тл, якщо електричний заряд частинки 0,005 Кл і влітає вона

в магнітне поле зі швидкістю

Я можу застосовувати знання й розв'язувати задачі


Вправа 6

1.

У магнітне поле перпендикулярно до його силових ліній влітає заряджена частинка. Визначте швидкість частинки, якщо її заряд 0,5 мКл, індукція магнітного поля 2 Тл і на частинку з боку магнітного поля діє сила 32 Н.

2.

Яка сила діє на протон, що рухається зі швидкістю 10 Мм/с в магнітному полі індукцією 0,2 Тл перпендикулярно до ліній індукції?

3.

На малюнку 73 зображено різні випадки руху позитивно й негативно заряджених частинок в магнітному полі. Стрілочкою вказано напрямок вектора швидкості частинок. Укажіть, як буде направлена сила Лоренца в кожному випадку.

4.

Визначте індукцію магнітного поля, що діє із силою 8 ■ 10-15 Н на електрон, який влітає зі швидкістю 0,5 ■ 106 м/с перпендикулярно до ліній індукції магнітного поля.

5.

Електрон рухається в магнітному полі по колу, як показано на малюнку 74. Укажіть напрямок вектора індукції магнітного поля.

6.

Позитивно заряджена частинка влітає в однорідне поле в одному випадку вздовж ліній індукції магнітного поля, в іншому — перпендикулярно (мал. 75). Якою буде траєкторія руху частинки в магнітному полі в кожному з випадків? Серед зображених на малюнку 76 траєкторій руху оберіть ті, що відповідають кожному випадку.

Мол. 76

7.

На малюнку 77 стрілочками 1, 2, 3, 4 вказано можливі варіанти руху позитивно зарядженої частинки. У якому з напрямків має рухатися частинка, щоб модуль сили Лоренца був максимальним?

8.

Електрон влітає в магнітне поле індукцією 5 Тл зі швидкістю 1 км/с. Визначте всі можливі значення модуля сили Лоренца, що діє на електрон.

9.

На малюнку 78 зображено напрямок руху електрона вздовж прямолінійного провідника зі струмом. Як направлена сила Лоренца, що діє на електрон?

 

 

Це матеріал з підручника Фізика 9 клас Засєкіна (поглиблений рівень)

 



^