Сила лоренца

Определение

Когда электроны движутся по проводнику – вокруг него возникает магнитное поле. В то же время, если поместить проводник в поперечное магнитное поле и двигать его – возникнет ЭДС электромагнитной индукции. Если через проводник, который находится в магнитном поле, протекает ток – на него действует сила Ампера.

Её величина зависит от протекающего тока, длины проводника, величины вектора магнитной индукции и синуса угла между линиями магнитного поля и проводником. Она вычисляются по формуле:

Рассматриваемая сила отчасти похожа на ту, что рассмотрена выше, но действует не на проводник, а на движущуюся заряженную частицу в магнитном поле. Формула имеет вид:

Важно! Сила Лоренца (Fл) действует на электрон, движущийся в магнитном поле, а на проводник – Ампера. Из двух формул видно, что и в первом и во втором случае, чем ближе синус угла aльфа к 90 градусам, тем большее воздействие оказывает на проводник или заряд Fа или Fл соответственно

Из двух формул видно, что и в первом и во втором случае, чем ближе синус угла aльфа к 90 градусам, тем большее воздействие оказывает на проводник или заряд Fа или Fл соответственно.

Итак, сила Лоренца характеризует не изменение величины скорости, а то, какое происходит воздействие со стороны магнитного поля на заряженный электрон или положительный ион. При воздействии на них Fл не совершает работы. Соответственно изменяется именно направление скорости движения заряженной частицы, а не её величина.

Что касается единицы измерения силы Лоренца, как и в случае с другими силами в физике используется такая величина как Ньютон. Её составляющие:

Применение

Из всех сфер, где используется сила Лоренца, одной из масштабнейших является движение частиц в магнитном поле земли. Если рассмотреть нашу планету как большой магнит, то частицы, которые находятся около северного магнитного полюсов, совершают ускоренное движение по спирали. В результате этого происходит их столкновение с атомами из верхних слоев атмосферы, и мы видим северное сияние.

Тем не менее, есть и другие случаи, где применяется это явление. Например:

  • Электронно-лучевые трубки. В их электромагнитных отклоняющих системах. ЭЛТ применялись больше чем 50 лет подряд в различных устройствах, начиная от простейшего осциллографа до телевизоров разных форм и размеров. Любопытно, что в вопросах цветопередачи и работы с графикой некоторые до сих пор используют ЭЛТ мониторы.
  • Электрические машины – генераторы и двигатели. Хотя здесь скорее действует сила Ампера. Но эти величины можно рассматривать как смежные. Однако это сложные устройства при работе которых наблюдается воздействие многих физических явлений.
  • В ускорителях заряженных частиц для того, чтобы задавать им орбиты и направления.

Презентация на тему: » Сила Лоренца Сила Лоренца Модуль силы Лоренца. Модуль силы Лоренца. Направление силы Лоренца Направление силы Лоренца Правило левой руки Правило левой.» — Транскрипт:

2

Сила Лоренца Сила Лоренца Модуль силы Лоренца. Модуль силы Лоренца. Направление силы Лоренца Направление силы Лоренца Правило левой руки Правило левой руки Плоские траектории движения заряженных частиц в однородном магнитном поле Плоские траектории движения заряженных частиц в однородном магнитном поле Вопросы по теме. Вопросы по теме. Сила Лоренца Сила Лоренца Модуль силы Лоренца. Модуль силы Лоренца. Направление силы Лоренца Направление силы Лоренца Правило левой руки Правило левой руки Плоские траектории движения заряженных частиц в однородном магнитном поле Плоские траектории движения заряженных частиц в однородном магнитном поле Вопросы по теме. Вопросы по теме.

3

1. Что называют линиями магнитной индукции? 2. Закон Ампера? 3. Правило левой руки для определения направления силы Ампера. 4. В каких единица выражается магнитная индукция?

4

Сила Лоренца — сила, действующая на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля. Х.Лоренц ( )–голландский физик, основатель электронной теории строения вещества.

5

Модуль силы Лоренца: Уравнение для силы тока в проводнике: Сила Ампера:

6

, где

9

Согласно второму закону Ньютона: Отсюда радиус:

10

Если кисть левой руки расположить так, что четыре вытянутых пальца указывают направление скорости положительного заряда, а вектор магнитной индукции входит в ладонь, то отогнутый на 90 градусов большой палец покажет направление силы действующей на данный заряд.

11

Плоские траектории движения заряженных частиц в однородном магнитном поле Заряженная частица влетающая в однородное магнитное поле параллельно линиям магнитной индукции, движется равномерно вдоль этих линий. Вращение отрицательного заряда по окружности происходит в направлении противоположенном вращению положительного заряда (рис.в)

12

1 Какая сила действует на протон, движущийся со скоростью 10 Мм/с в магнитном поле индукцией 0,2 Тл перпендикулярно линиям индукции? 2 Протон в магнитном поле индукцией 0,01 Тл описал окружность радиусом 10 см. Найти скорость протона.

13

1. Каким образом, зная силу Ампера, можно найти силу Лоренца? 2. Дайте определение силе Лоренца. Чему равен её модуль? 3. Как определяется направление силы Лоренца с помощью правила левой руки? 4. Почему заряженная частица, влетающая в однородное магнитное поле в плоскости, перпендикулярно линиями магнитной индукции, движется по окружности? В каком случае частица движется в магнитном поле прямолинейно? 5. Докажите, что период обращения по окружности заряженной частицы в поперечном магнитном поле не зависит от её скорости.

Магнетрон

lt=»Магнетрон» src=»radio/magnetron.gif» align=»left» hspace=»20″>

Магнетрон — это мощная электронная лампа, генерирующая микроволны при взаимодействии потока электронов с магнитным полем.

Термин “магнетрон” был предложен А. Халлом (A. Hull), который в 1921 году, впервые опубликовал результаты теоретических и экспериментальных исследований работы прибора в статическом режиме и предложил ряд конструкций магнетрона. Генерирование электромагнитных колебаний в дециметровом диапазоне волн посредством магнетрона открыл и запатентовал в 1924 чехословацкий физик А. Жачек.

В 1940 британские физики Джон Рэндалл (John Randall) и Гарри Бут (Harry Boot) изобрели резонансный магнетрон. Новый магнетрон давал импульсы высокой мощности, что позволило разработать радар сантиметрового диапазона. Радар с короткой длиной волны позволял обнаруживать более мелкие объекты. Кроме того, компактный размер магнетрона привел к резкому уменьшению размеров радарной аппаратуры, что позволило устанавливать ее на самолетах.

Начиная с 1960-х годов, магнетроны получили применение в СВЧ-печах для домашнего использования.

Магнетроны могут работать на различных частотах от 0,5 до 100 ГГц, с мощностями от нескольких Вт до десятков кВт в непрерывном режиме, и от 10 Вт до 5 МВт в импульсном режиме при длительностях импульсов главным образом от долей до десятков микросекунд.

Магнетроны обладают высоким КПД (до 80 %), то есть, способны преобразовывать до 80% подводимой к ним электроэнергии в СВЧ-поле.

Магнетроны бывают как не перестраиваемые, так и перестраиваемые в небольшом диапазоне частот (обычно менее 10 %). Для медленной перестройки частоты применяются механизмы, приводимые в движение рукой, для быстрой (до нескольких тысяч перестроек в секунду) — ротационные и вибрационные механизмы.

Магнетроны как генераторы сверхвысоких частот широко используются в современной радиолокационной технике.

Знаете ли Вы, что любой разумный человек скажет, что не может быть улыбки без кота и дыма без огня, что-то там, в космосе, должно быть, теплое, излучающее ЭМ-волны, соответствующее температуре 2.7ºК. Действительно, наблюдаемое космическое микроволновое излучение (CMB) есть тепловое излучение частиц эфира, имеющих температуру 2.7ºK. Еще в начале ХХ века великие химики и физики Д. И. Менделеев и Вальтер Нернст предсказали, что такое излучение (температура) должно обнаруживаться в космосе. В 1933 году проф. Эрих Регенер из Штуттгарта с помощью стратосферных зондов измерил эту температуру. Его измерения дали 2.8ºK — практически точное современное значение. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАРыцари теории эфира
  01.10.2019 — 05:20: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> — Карим_Хайдаров.30.09.2019 — 12:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> — Карим_Хайдаров.30.09.2019 — 11:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> — Карим_Хайдаров.29.09.2019 — 19:30: СОВЕСТЬ — Conscience -> — Карим_Хайдаров.29.09.2019 — 09:21: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ — Economy and Finances -> — Карим_Хайдаров.29.09.2019 — 07:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> — Карим_Хайдаров.26.09.2019 — 17:35: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> — Карим_Хайдаров.26.09.2019 — 16:35: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА — War, Politics and Science -> — Карим_Хайдаров.26.09.2019 — 08:33: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> — Карим_Хайдаров.26.09.2019 — 06:29: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ — Upbringing, Inlightening, Education -> — Карим_Хайдаров.24.09.2019 — 03:34: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ — Theorizing and Mathematical Design -> — Карим_Хайдаров.24.09.2019 — 03:32: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ — New Technologies -> — Карим_Хайдаров.

§ 2.3. Формула Лорентц — Лоренца и элементарная теория дисперсии

2.3.1. Диэлектрическая и магнитная восприимчивости.

Интерпретация потенциалов при помощи поляризации и намагничения имеет фундаментальное значение в теории атомного строения вещества. В рамках такой теории аддитивные соотношения (2.2.1) и (2.2.2), связывающие поле Е с и Р и поле Н с В и М, имеют болсс ясный физический смысл, чем мультипликативные соотношения (материальные уравнения (1.1.10) и

В этой теории вещество рассматривается как совокупность взаимодействующих частиц (атомов и молекул), находящихся в вакууме. Такие частицы образуют поле, которое испытывает большие локальные колебания внутри вещества. Эго внутреннее поле видоизменяется любым полем, которое прикладывается извне, и свойства вещества находят путем усреднения по полному полю внутри него. Поскольку область, по которой проводится усреднение, велика по сравнению с линейными размерами частиц, их электромагнитные свойства можно отождествить со свойствами электрического и магнитного диполей; тогда вторичное ноле совпадает с полем такнх диполей (с запаздыванием). Фактически именно это мы только что описали, рассматривая вещество как некое непрерывное распределение, взаимодействующее с полем: такой подход соответствует первому приближению теории атомного строения (для медленного изменения в пространстве). В этом приближении для достаточно слабых полей мы можем предположить, что Р и М пропорциональны соответственно Е и Н, т. е.

Множитель называют диэлектрической восприимчивостью, — магнитной восприимчивостью, причем последняя является понятием, которое широко применяется в практических приложениях магнетизма. Сравнивая (1), (2.2.1) и (2.2.2) с материальными уравнениями (1.1.10) и (1.1.11), получим, что диэлектрическая проницаемость и магнитная проницаемость связаны с диэлектрической и магнитной восприимчивостями соотношениями

Посредством (2) обеспечивается полная формальная эквивалентность «мультипликативного» и «аддитивного» подходов. Но при таком формальном сравнении постоянных не используются никакие следствия из факта атомного строения вещества. Детальное рассмотрение, учитывающее результаты теории атомного строения, выходит за рамки настоящей книги, однако будет полезно ввести ряд необходимых понятий и формул. С их помощью мы достигнем более ясного понимания физического содержания интегральных уравнений, которые будут введены в § 2.4 вместо обычных дифференциальных уравнений теории Максвелла.

Циклотрон — ускоритель заряженных частиц

На рисунке показано движение заряженных частиц в вакуумной камере циклотрона.

Между полюсами сильного электромагнита помещается вакуумная камера, в которой
находятся два электрода в виде полых металлических полуцилиндров
(дуантов). К дуантам приложено переменное электрическое напряжение,
частота которого равна циклотронной частоте. Заряженные частицы
инжектируются в центре вакуумной камеры. Частицы ускоряются электрическим полем
в промежутке между дуантами. Внутри дуантов частицы движутся под действием силы
Лоренца по полуокружностям, радиус которых растет по мере увеличения энергии
частиц.

Каждый раз, когда частица пролетает через зазор между дуантами, она
ускоряется электрическим полем. Таким образом, в циклотроне, как и во всех
других ускорителях, заряженная частица ускоряется электрическим полем, а
удерживается на траектории магнитным полем. Циклотроны позволяют ускорять
протоны до энергии порядка 20 МэВ.

Пример использования формулы Лоренца

Все вычисления очень легко произвести в уме. Формула Лоренца, часто встречающаяся на просторах Интернета, выглядит так: Х — 100 — (Х — 150)/2; где Х — взятое в сантиметрах числовое значение роста.

Посчитаем, сколько должен весить человек с ростом 176 см:

1. Сначала от Х отнимаем 100: 176 — 100 = 76

2. Потом от Х отнимаем 150, полученное число делим на 2: (176 — 150)/2 = 13

3. Наконец, считаем разность первого и второго: 76 — 13 = 63

Получаем: при росте 176 см нормальная масса тела — 63 килограмма.

Однако ещё удобней пользоваться упрощённой формулой Лоренца: Х/2 — 25. То есть, нужно от половины значения роста, взятого в сантиметрах, отнять 25.

Все формулы расчета идеального веса относительны.

Выше уже было отмечено: метод Лоренца не позволяет рассчитать оптимальную массу тела со стопроцентной точностью. В описанном методе не учитывается тип телосложения человека, а специалисты выделяют три таких типа, для каждого — норма массы тела варьируется

Не принят во внимание возрастной параметр, а ведь, в зависимости от возраста человека нормальным для него признаётся разный вес

Ни один универсальный алгоритм в принципе не способен учесть разнообразие индивидуальных особенностей организма, которые не поддаются упрощённой классификации свойственной любому общему методу определения оптимальной массы тела. Только квалифицированный специалист в состоянии дать реальную комплексную оценку вашему физическому состоянию.

Если ваш вес отличается несколькими килограммами от оптимального, определённого по формуле, но вы чувствуете себя комфортно, не стоит беспокоиться. Скорее всего, такова ваша персональная норма массы тела.

Масс-спектрограф

Другое применение действие магнитного поля нашло в
приборах, позволяющих разделять заряженные частицы по их
удельным зарядам, т.е. по отношению заряда частицы к её массе,
и по полученным результатам точно определять массы частиц.
Такие приборы получили название масс-спектрографов. На рисунке
27 изображена принципиальная схема простейшего
масс-спектрографа. Вакуумная камера прибора помещена в
магнитное поле (вектор индукции В
перпендикулярен рисунку). Ускоренные электрическим полем
заряженные частицы (электроны или ионы), описав дугу, попадают
на фотопластинку, где оставляют след, позволяющий с большой
точностью измерить радиус траектории r. По
этому радиусу определяется удельный заряд иона. Зная же заряд
иона, легко вычислить его массу. Изучить химический состав
грунта, взятого на Луне, например, поможет тот же
масс-спектрограф.

Примечания

  1. // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 611. — 704 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-061-4.
  2. Здесь и далее используется система единиц измерения СГС.
  3. Гусев А. А. // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. — Т. 4. — С. 72-74. — 704 с. — 40 000 экз.
  4. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. Изд. 2-е. — М.: «Наука», 1973. — 720 с. — 20 000 экз.
  5. Леванюк А. П. // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. Добротность — Магнитооптика. — С. 373-374. — 704 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-061-4.
  6. Бацанов С. С. Структурная рефрактометрия. Изд. 2-е. — М.: «Высшая школа», 1976. — 304 с.
  7. Иоффе Б. В. Рефрактометрические методы химии. — Л.: «Химия», Ленинградское отделение, 1983. — 350 с.
  8. Бутиков Е. И. Оптика. — 2-е изд., перераб. и доп.. — СПб.: Невский Диалект, БХВ-Петербург, 2003. — 480 с. — 3 000 экз. — ISBN 5-94157-380-4.
  9. Затухание мало, если частота света существенно отличается от частот, на которых располагаются линии поглощения вещества.
  10. Лорентц Г. А. Теория электронов и её применение к явлениям света и теплового излучения. — М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1956. — С. 215. — 472 с. — (Классики естествознания). — 5 000 экз.
  11. Mário G. Silveirinha. Generalized Lorentz-Lorenz formulas for microstructured materials. Phys. Rev. B. 2007, Vol.76, Issue 24, 245117, 17 December 2007.

Правило Буравчика

Этоправило на практике достаточно удобно для определения такого значения магнитного поля, как направленность напряжённости. Использовать это правило возможно при условии, что к проводнику с током будет прямолинейно расположено магнитное поле. С его помощью можно без наличия специализированных приборов определить различные физические величины (момент сил, импульса, вектор магнитной индукции).

Это правило:

  • поясняет особенность электромагнетизма;
  • объясняет физику движения магнитных полей, сопутствующих ему.

Формулировка правила буравчика состоит в следующем: если буравчик с правой нарезкой вкручивается вдоль линии тока, то направление магнитного поля совпадает с направлением рукоятки этого буравчика.

Основным принципом, используемым в правиле винта, является выбор направленности для базисов и векторов. Зачастую на практике определено использовать правый базис. Левые базисы используются крайне редко, в случае когда использование правого неудобно или в целом нецелесообразно. Этот принцип также применим и на соленоиде.

Соленоидом называется катушка со вплотную привязанными витками. Главным требованием является протяжённость катушки, которая должна быть существенно больше, нежели её диаметр.

Кольца соленоида напоминают поле непрерывного магнита. Магнитная стрелка, находясь в свободном вращении и находясь рядом с проводником тока, будет образовывать поле и устремиться занимать вертикальную позицию, проходящую вдоль проводника.

В этом случае оно звучит так: если охватить соленоид таким образом, чтобы пальцы показывали на направленность тока в винтах, то выпяченный заглавный палец правой руки покажет направленность рядов магнитной индукции.

Различные толкования правила буравчика говорят о том, что все его описания приспосабливаются к различным случаям их применения.

Правило правой руки говорит о следующем: охватив элемент, который исследуется таким образом, чтобы пальцы сжатого кулака показывали вектор магнитных линий, при поступательном движении вдоль магнитных линий, заглавный отогнутый на 90 градусов сравнительно ладошки палец покажет направленность движения тока.

В случае когда дан движущийся проводник, принцип будет иметь следующую формулировку: разместить руку так, чтобы силовые линии поля вертикально вступали в ладонь; заглавный палец руки, выставленный вертикально, будет ориентировать направленность перемещения этого проводника, в этом случае четыре остальных выставленных пальца, будут иметь такую же направленность, как и индукционный ток.

Его применение присуще при расчёте катушек, в которых образуется влияние на ток, что влечёт за собой формирование при потребности противотока.

В реальной жизни также применимо следствие этого принципа: если размесить ладошку правой руки так, чтобы линии магнитного силового поля входили в эту ладошку, а пальцы навести на линию перемещения заряженных частиц по оттопыренному заглавному пальцу, то возможно обозначить, куда будет направляться линия данной силы, оказывающая смещающее влияние на проводник. Иными словами, силы, дающей возможность вращать момент силы на валу любого двигателя, работающего с помощью электрического тока.

Ссылка на основную публикацию