Glavni znanost

Lorentz forsira fiziku

Lorentz forsira fiziku
Lorentz forsira fiziku

Video: The Lorentz Force 2024, Rujan

Video: The Lorentz Force 2024, Rujan
Anonim

Lorentz sila, sila koja djeluje na nabijenu q čestica se kreće brzinom od v preko električnog E i magnetskom polju B. Cijela EMS F na nabijene čestice se naziva Lorentz sila (nakon nizozemskog fizičar Hendrik A. Lorentzovu), te se daje F -Q E + q v × B.

Prvom pojmu doprinosi električno polje. Drugi pojam je magnetska sila i ima pravac okomit kako na brzinu tako i na magnetsko polje. Magnetska sila proporcionalna q i magnitudi vektora lijeve proizvoda v × B. U smislu kuta ϕ između v i B, veličina sile jednaka je qvB sin ϕ. Zanimljiv rezultat Lorentzove sile je gibanje nabijene čestice u jednoličnom magnetskom polju. Ako je v okomit na B (tj. S kutom ϕ između v i Bod 90 °), čestica će slijediti kružnu putanju s polumjerom r = mv / qB. Ako je kut ϕ manji od 90 °, orbita čestica će biti spiral s osi paralelnom s linijama polja. Ako je zero nula, na čestici neće postojati magnetska sila koja će se i dalje kretati nedefinirana duž polja polja. Akceleratori napunjenih čestica poput ciklotrona koriste činjenicu da se čestice kreću u kružnoj orbiti kada su v i B pod pravim kutom. Za svaki obrtaj pažljivo tempirano električno polje daje česticama dodatnu kinetičku energiju zbog čega putuju u sve većim orbitama. Kad su čestice stekle željenu energiju, ekstrahiraju se i koriste na različite načine, od temeljnih studija svojstava materije do medicinskog liječenja raka.

Magnetska sila na pokretni naboj otkriva znak nosioca naboja u vodiču. Struja koja teče s desna na lijevo u vodiču može biti rezultat kretanja pozitivnih naboja s desna na lijevo ili negativnih naboja koji se kreću s lijeva na desno, ili neke kombinacije svakog. Kad se vodič postavi u polje B okomito na struju, magnetska sila na obje vrste nosača naboja je u istom smjeru. Ta sila stvara malu potencijalnu razliku između strana vodiča. Poznat i kao Hallov efekt, ovaj fenomen (otkrio ga je američki fizičar Edwin H. Hall) nastaje kada je električno polje usklađeno sa smjerom magnetske sile. Hallov efekt pokazuje da elektroni dominiraju u provođenju električne energije u bakru. U cinku, međutim, u provođenju djeluje gibanje nosača pozitivnih naboja. Elektroni u cinku koji su izbačeni iz valentnog pojasa ostavljaju rupe, što su slobodna mjesta (tj. Neopunjena razina) koja se ponašaju kao pozitivni nosači naboja. Kretanje ovih rupa čini većinu elektriciteta u cinku.

Ako se žica strujom i postavi u vanjsko magnetsko polje B, kako će sila na žici ovisiti o orijentaciji žice? Budući da struja predstavlja kretanje naboja u žici, Lorentzova sila djeluje na pomične naboje. Budući da su ti naboji vezani za vodič, magnetske sile na pokretne naboje prenose se u žicu. Sila na malom duljina d l žice ovisi o položaju žice u odnosu na terenu. Veličinu sile daje id lB sin ϕ, gdje je the kut između B i d l. Nema sile kada je ϕ = 0 ili 180 °, a obje odgovaraju struji duž smjera paralelnog s poljem. Sila je maksimalna kada su struja i polje okomiti jedan na drugoga. Sila se daje BYD F = id L × B.

Ponovno, vektor križ produkt označava smjeru okomitom na oba d L i B.