Was ist die Lorentz-Kraft, wie groß und in welche Richtung ist diese Kraft?
Definition
Wenn sich Elektronen entlang eines Leiters bewegen, entsteht um ihn herum ein Magnetfeld. Wenn Sie den Leiter in ein transversales Magnetfeld bringen und ihn bewegen, entsteht gleichzeitig eine EMF elektromagnetischer Induktion. Wenn ein Strom durch einen Leiter fließt, der sich in einem Magnetfeld befindet, wirkt eine Ampere-Kraft auf ihn.
Sein Wert hängt vom fließenden Strom, der Länge des Leiters, der Größe des magnetischen Induktionsvektors und dem Sinus des Winkels zwischen den Linien des Magnetfelds und des Leiters ab. Es wird nach folgender Formel berechnet:
Die betrachtete Kraft ist der oben betrachteten etwas ähnlich, wirkt jedoch nicht auf den Leiter, sondern auf ein sich bewegendes geladenes Teilchen in einem Magnetfeld. Die Formel lautet:
Wichtig! Die Lorentzkraft (FL) wirkt auf ein Elektron, das sich in einem Magnetfeld bewegt, und auf den Leiter - Ampere.
Aus den beiden Formeln ist ersichtlich, dass im ersten und zweiten Fall die Wirkung auf den Leiter oder die Ladung Fa bzw. Fl umso größer ist, je näher der Sinus des Winkels alpha an 90 Grad liegt.
Die Lorentzkraft ist also nicht durch eine Änderung der Größe der Geschwindigkeit gekennzeichnet, sondern durch die Wirkung eines Magnetfeldes auf ein geladenes Elektron oder ein positives Ion. Wenn FL ihnen ausgesetzt ist, führt er keine Arbeit aus. Dementsprechend ändert sich genau die Richtung der Bewegungsgeschwindigkeit des geladenen Teilchens und nicht seine Größe.
Für die Maßeinheit der Lorentzkraft wird wie für andere Kräfte in der Physik eine Größe wie Newton verwendet. Seine Komponenten:
Wie die Macht von Lorentz gerichtet ist
Um die Richtung der Lorentz-Kraft wie bei der Ampere-Kraft zu bestimmen, funktioniert die Regel der linken Hand. Dies bedeutet, dass man, um zu verstehen, wohin der Fl-Wert gerichtet ist, die Handfläche der linken Hand öffnen muss, damit die Linien der magnetischen Induktion in die Hand eintreten, und die länglichen vier Finger die Richtung des Geschwindigkeitsvektors anzeigen. Dann zeigt der Daumen, der rechtwinklig zur Handfläche gebogen ist, die Richtung der Lorentzkraft an. Im Bild unten sehen Sie, wie Sie die Richtung bestimmen.
Achtung! Die Richtung der Lorentz-Wirkung ist senkrecht zur Bewegung des Partikels und den Linien der magnetischen Induktion.
Genauer gesagt ist für positiv und negativ geladene Teilchen gleichzeitig die Richtung von vier ausgestreckten Fingern von Bedeutung. Die oben beschriebene linke Regel ist für ein positives Teilchen formuliert.Wenn es negativ geladen ist, sollten die Linien der magnetischen Induktion nicht auf die offene Handfläche gerichtet sein, sondern auf deren Rückseite, und die Richtung des Vektors Fl ist entgegengesetzt.
Jetzt werden wir in einfachen Worten sagen, was dieses Phänomen uns gibt und welche tatsächlichen Auswirkungen es auf die Ladungen hat. Angenommen, ein Elektron bewegt sich in einer Ebene senkrecht zur Richtung der magnetischen Induktionslinien. Wir haben bereits erwähnt, dass Fl die Geschwindigkeit nicht beeinflusst, sondern nur die Bewegungsrichtung der Partikel ändert. Dann hat die Lorentzkraft einen zentripetalen Effekt. Dies spiegelt sich in der folgenden Abbildung wider.
Anwendung
Von allen Bereichen, in denen die Lorentzkraft angewendet wird, ist einer der größten die Bewegung von Partikeln im Magnetfeld der Erde. Wenn wir unseren Planeten als großen Magneten betrachten, bewegen sich die Teilchen in der Nähe der Nordmagnetpole spiralförmig. Infolgedessen kollidieren sie mit Atomen aus den oberen Schichten der Atmosphäre, und wir sehen das Nordlicht.
Es gibt jedoch auch andere Fälle, in denen dieses Phänomen auftritt. Zum Beispiel:
- Kathodenstrahlröhren. In ihren elektromagnetischen Ablenksystemen. CRTs werden seit mehr als 50 Jahren hintereinander in einer Vielzahl von Geräten eingesetzt, vom einfachsten Oszilloskop bis hin zu Fernsehgeräten verschiedener Formen und Größen. Es ist merkwürdig, dass einige in Bezug auf Farbwiedergabe und Grafik immer noch CRT-Monitore verwenden.
- Elektroautos - Generatoren und Motoren. Obwohl die Kraft von Ampere hier eher wirkt. Diese Werte können jedoch als benachbart betrachtet werden. Dies sind jedoch komplexe Vorrichtungen, bei deren Betrieb die Wirkung vieler physikalischer Phänomene beobachtet wird.
- In Beschleunigern geladener Teilchen, um ihnen Bahnen und Richtungen zu geben.
Fazit
Um die vier Hauptpunkte dieses Artikels in einfacher Sprache zusammenzufassen und zu skizzieren:
- Die Lorentzkraft wirkt auf geladene Teilchen, die sich in einem Magnetfeld bewegen. Dies folgt aus der Grundformel.
- Es ist direkt proportional zur Geschwindigkeit eines geladenen Teilchens und zur magnetischen Induktion.
- Beeinflusst die Partikelgeschwindigkeit nicht.
- Beeinflusst die Richtung des Partikels.
Seine Rolle ist in den "elektrischen" Bereichen ziemlich groß. Der Spezialist sollte die grundlegenden theoretischen Informationen über die grundlegenden physikalischen Gesetze nicht aus den Augen verlieren. Dieses Wissen ist nützlich, ebenso wie diejenigen, die sich mit wissenschaftlicher Arbeit, Design und nur für die allgemeine Entwicklung beschäftigen.
Schließlich empfehlen wir, nützliche Videos anzusehen, um das untersuchte Material zu konsolidieren:
Jetzt wissen Sie, was die Lorentz-Kraft ist, was sie ist und wie sie auf geladene Teilchen wirkt. Wenn Sie Fragen haben, stellen Sie diese in den Kommentaren unter dem Artikel!
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