מהו כוח לורנץ, מה גודל הכיוונים שלו וכיווניו

הגדרה

כאשר אלקטרונים עוברים לאורך מוליך, מתעורר סביבו שדה מגנטי. במקביל, אם אתה מציב את המוליך בשדה מגנטי רוחבי ומזיז אותו, EMF של אינדוקציה אלקטרומגנטית תיווצר. אם זרם זורם במוליך שנמצא בשדה מגנטי, כוח אמפר פועל עליו.

ערכו תלוי בזרם הזורם, באורך המוליך, בעוצמת וקטור האינדוקציה המגנטית ובסינוס הזווית בין קווי השדה המגנטי והמוליך. זה מחושב על ידי הנוסחה:

הכוח הנבדק דומה במקצת לזה שנחשב לעיל, אך אינו פועל על המוליך אלא על חלקיק טעון נע בשדה מגנטי. הנוסחה היא:

חשוב! כוח לורנץ (FL) פועל על אלקטרון הנע בשדה מגנטי, ועל המוליך - אמפר.

משתי הנוסחאות ניתן לראות כי במקרה הראשון והשני, ככל שהסינוס של הזווית אלפא ל 90 מעלות קרוב יותר, כך השפעה רבה יותר על המוליך או המטען Fa או Fl בהתאמה.

אז, כוח לורנץ אינו מאופיין בשינוי בעוצמת המהירות, אלא בהשפעת שדה מגנטי על אלקטרון טעון או יון חיובי. בחשיפה אליהם, פלורידה אינה מבצעת עבודות. בהתאם לכך, דווקא כיוון מהירות התנועה של החלקיק הטעון הוא שמשתנה, ולא גודלו.

באשר ליחידת המדידה של כוח לורנץ, כמו במקרה של כוחות אחרים בפיזיקה, משתמשים בכמות כמו ניוטון. מרכיביה:

כיצד מכוונת כוחו של לורנץ

כדי לקבוע את הכיוון של כוח לורנץ, כמו עם כוח האמפר, שלטון שמאל עובד. משמעות הדבר היא שכדי להבין לאן מכוון ערך Fl, צריך לפתוח את כף היד השמאלית כך שקווי הגיוס המגנטי נכנסים ליד, וארבע האצבעות המוארכות מצביעות על כיוון וקטור המהירות. ואז האגודל, כפוף בזווית ישרה לכף היד, מציין את הכיוון של כוח לורנץ. בתמונה למטה רואים כיצד לקבוע את הכיוון.

תשומת לב! כיוון פעולת לורנץ הוא בניצב לתנועת החלקיק וקווי האינדוקציה המגנטית.

יחד עם זאת, ליתר דיוק, עבור חלקיקים טעונים באופן חיובי ושלילי, הכיוון של ארבע אצבעות מורחבות חשוב. הכלל השמאלי המתואר לעיל מנוסח לחלקיק חיובי.אם הוא טעון שלילי, אין לכוון את קווי האינדוקציה המגנטית לכף היד הפתוחה, אלא אל הצד האחורי שלה, וכיוון הווקטור Fl יהיה הפוך.

כעת נספר במילים פשוטות מה התופעה הזו נותנת לנו ובאיזו השפעה אמיתית יש לה על המטענים. נניח שאלקטרון נע במישור בניצב לכיוון קווי האינדוקציה המגנטית. כבר הזכרנו ש- Fl אינו משפיע על המהירות, אלא רק משנה את כיוון התנועה של החלקיקים. ואז לכוח לורנץ תהיה השפעה צנטריפטלית. זה בא לידי ביטוי באיור שלמטה.

יישום

מבין כל האזורים שבהם משתמשים בכוח לורנץ, אחד הגדולים שבהם הוא תנועת החלקיקים בשדה המגנטי של כדור הארץ. אם אנו מתייחסים לכוכב הלכת שלנו כמגנט גדול, אז החלקיקים שנמצאים בסמוך לקטבים המגנטיים הצפוניים גורמים לתנועה מואצת בספירלה. כתוצאה מכך הם מתנגשים באטומים מהשכבות העליונות של האטמוספרה, ואנחנו רואים את האורות הצפוניים.

עם זאת, ישנם מקרים אחרים בהם תופעה זו חלה. לדוגמא:

• צינורות קרני קתודה. במערכות הסטיה האלקטרומגנטיות שלהם. מכשירי CRT משמשים למעלה מחמישים שנה ברציפות במגוון מכשירים, החל מהאוסילוסקופ הפשוט ביותר ועד טלוויזיות בצורות וגדלים שונים. זה מוזר שבנושאים של טיוח צבעים וגרפיקה, חלקם עדיין משתמשים בצגי CRT.
• מכוניות חשמליות - גנרטורים ומנועים. למרות שכוח האמפר צפוי לפעול כאן יותר. אולם ניתן לראות בערכים אלה כצמודים. עם זאת, מדובר במכשירים מורכבים במהלך פעולתם נצפתה השפעת תופעות פיזיות רבות.
• במאיצים של חלקיקים טעונים על מנת לתת להם מסלול וכיוונים.

מסקנה

לסיכום ומתווה של ארבע הנקודות העיקריות של מאמר זה בשפה פשוטה:

1. כוח לורנץ פועל על חלקיקים טעונים הנעים בשדה מגנטי. זה נובע מהנוסחה הבסיסית.
2. זה ביחס ישר למהירות של חלקיק טעון אינדוקציה מגנטית.
3. אינו משפיע על מהירות החלקיקים.
4. משפיע על כיוון החלקיק.

תפקידו די גדול באזורים ה"חשמליים ". על המומחה לא לאבד את הראייה של המידע התיאורטי הבסיסי אודות החוקים הפיזיים הבסיסיים. ידע זה שימושי, כמו גם אלה העוסקים בעבודה מדעית ופשוט לפיתוח כללי.

לבסוף, אנו ממליצים לצפות בסרטונים מועילים לאיחוד החומר שנלמד:

עכשיו אתה יודע מה הכוח של לורנץ, למה הוא שווה ואיך הוא פועל על חלקיקים טעונים. אם יש לך שאלות, שאל אותם בתגובות תחת המאמר!

חומרים קשורים:

• כלל גימלט במילים פשוטות
• מהו מטען חשמלי
• כיצד להמיר אמפר לקילוואט
• התנגדות ליצירת קשר