Põhiline teadus

Lorentzi jõu füüsika

Lorentzi jõu füüsika
Lorentzi jõu füüsika

Video: Miks: Lorentzi jõud CC 2024, September

Video: Miks: Lorentzi jõud CC 2024, September
Anonim

Lorentzi jõud on jõud laetud osakesele q liigub kiirusega v läbi elektrilise E ja magnetvälja B. Kogu elektromagnetilise jõu F aasta laetud osakeste nimetatakse Lorentzi jõud (pärast Hollandi füüsiku Hendrik A. Lorentzi) ja saadakse F = q E + q v x B.

Esimese termini panustab elektriväli. Teine mõiste on magnetiline jõud ja sellel on risti suund nii kiiruse kui ka magnetvälja suhtes. Magnetiline jõud on võrdeline q ja suurusjärku vektori vektorkorrutisest v x B. Nurga ϕ v ja B vahel võrdub jõu suurus qvB sin ϕ. Lorentzi jõu huvitav tulemus on laetud osakese liikumine ühtlases magnetväljas. Kui v on B suhtes risti (st nurgaga ϕ v ja B vahel)90 °) järgib osake ringikujulist trajektoori raadiusega r = mv / qB. Kui nurk ϕ on väiksem kui 90 °, on osakeste orbiidiks spiraal, mille telg on paralleelne väljajoontega. Kui ϕ on null, ei teki osakese magnetilist jõudu, mis liigub edasi mööda põllu jooni peegelduseta. Laetud osakeste kiirendid nagu tsüklotronid kasutavad ära asjaolu, et osakesed liiguvad ringikujulisel orbiidil, kui v ja B on täisnurga all. Iga pöörde jaoks annab hoolikalt ajastatud elektriväli osakestele täiendava kineetilise energia, mis paneb nad liikuma üha suurematel orbiitidel. Kui osakesed on soovitud energia omandanud, ekstraheeritakse ja kasutatakse neid mitmel erineval viisil, alates aine omaduste põhjalikest uuringutest kuni vähktõve ravimiseni.

Liikuva laengu magnetiline jõud paljastab dirigendis olevate laengukandjate märgi. Juhist paremalt vasakule voolav vool võib olla positiivsete laengukandjate liikumine paremalt vasakule või negatiivsete laengude liikumine vasakult paremale või mõlema kombinatsioon. Kui dirigent asetatakse voolu suhtes risti B- väljale, on mõlemat tüüpi laengukandjate magnetjõud samas suunas. See jõud tekitab juhi külgede vahel väikese potentsiaalse erinevuse. Halli efektina tuntud nähtus (mille avastas Ameerika füüsik Edwin H. Hall) tuleneb siis, kui elektriväli on joondatud magnetjõu suunaga. Halli efekt näitab, et elektrid juhivad vase elektrijuhtivuses elektrone. Tsingis domineerib juhtivuses aga positiivse laengu kandjate liikumine. Tsingi elektronid, mis on valentsribast ergastatud, jätavad auke, st vabu kohti (st täitmata tasemeid), mis käituvad nagu positiivse laengu kandjad. Nende aukude liikumine moodustab suurema osa elektri juhtivusest tsingis.

Kui vooluga i asetsev traat paigutatakse välimisse magnetvälja B, kuidas sõltub traadile mõjuv jõud traadi orientatsioonist? Kuna vool tähistab laengu liikumist juhtmes, toimib Lorentzi jõud liikuvatele laengudele. Kuna need laengud on seotud juhiga, kanduvad liikuvatele laengutele tekkivad magnetjõud traadile. Juhtme väikese pikkuse d l jõud sõltub traadi orientatsioonist välja suhtes. Jõu suurus on antud id lB sin ϕ, kus ϕ on nurk B ja d l vahel. Kui ϕ = 0 või 180 °, ei kehti jõud, mis mõlemad vastavad voolule põlluga paralleelses suunas. Jõud on maksimaalne, kui vool ja väli on üksteisega risti. Jõudu andnud BYD F = id l x B.

Jällegi vektor vektorkorrutisest tähistab risti mõlema d l ja B.