Что такое сила Лоренца

Видео: Галилео. Эксперимент. Сила Лоренца

Что такое сила Лоренца? Представим себе некую среду, которую пронизывают линии напряженности электромагнитного поля. Если поместить в этой области любой электрический заряд (это может быть как элементарная частица, так и заряженное тело), то на него будет оказываться воздействие F, называемое «сила Лоренца». Один из ключевых моментов – это наличие у частицы ускорения. Другими словами, заряд подвижен. Существует формула для численного определения ее действующего значения:

F = Q*(E+((1/c)*v)*B),

где Q – заряд- E – напряженность электрического поля- B – напряженность магнитного поля- v – скорость частицы, несущей заряд- c – постоянная скорости света.

Это лишь одно из представлений. Существует более сложное ее написание, позволяющее определить, чему равна сила Лоренца, направление векторов и их потенциалы также учитываются.

Как уже указывалось (и видно из формулы), обязательным условием является движение. Дело в том, что при движении заряда благодаря его взаимодействию с полем возникает ЭДС (электродвижущая сила). Причем совершенно не важно, какова природа воздействия, инициировавшего движение (гравитационное, действие зарядов друг на друга и пр.).

Видео: Магнитное поле - Сила Лоренца (часть 1)

По сравнению с другими воздействиями, сила Лоренца непосредственно взаимосвязана с выводами Ленца и подчиняется его Правилу. Напомним суть последнего. Действие, оказываемое электродвижущей силой на перемещающийся в поле заряд, всегда ориентируется таким образом (это векторная величина), чтобы предотвратить любые изменения в ускорении.

Можно сказать, что сила Лоренца определяется кулоновским взаимодействием зарядов и двух добавочных составляющих, связанных с движением – воздействия магнитной силы и электрического поля. Обычно для пояснения происходящих процессов используют следующую модель: в магнитном поле с векторами индукции B существует отрезок проводника длиной L и площадью сечения S, по которому протекает электрический ток I. Последний непосредственно зависит от количества носителей заряда Q, проходящих по единице объема за определенное время (то есть, со скоростью v). Отсюда, искомая сила (Лоренца) представляет собой отношение внешней силы, оказывающей воздействие на каждый носитель заряда в рассматриваемом объеме проводника к количеству зарядов.

Видео: Закон Ампера Сила Лоренца

Если рассматривать векторные величины, то лоренцова сила всегда перпендикулярно направлена к направлениям скорости и индукции. Можно очень просто определить ее ориентированность, если воспользоваться известным правилом левой руки. Для этого следует мысленно ладонь левой руки разместить рядом с проводником так, чтобы четыре пальца показывали направление, в котором протекает электрический ток, а вектор индукции поля был перпендикулярно направлен в ладонь. В результате большой палец (прямой угол с остальными) будет указывать на вектор силы, оказывающей действие на заряды. Одна из особенностей данной силы состоит в том, что она изменяет лишь направление вектора скорости каждой заряженной частицы, при этом не изменяя энергию движения (кинетическую энергию).

Через время после открытия было найдено и применение силы Лоренца. Одно из наиболее известных – это ее проявление в эффекте Холла. Именно благодаря ей в данном явлении происходит смещение зарядов и появление потенциала на проводящей пластине (ленте). Эффект Холла широко применяется в различных измерительных приборах и датчиках. Также стоит отметить принцип работы кинескопов ЭЛТ, в которых используется отклоняющее воздействие направленного магнитного поля на движущуюся заряженную частицу: излучаемые электродами («пушками») на покрытую люминофором поверхность электроны отклоняются в точки с известными координатами как раз благодаря взаимодействию линий напряженности поля и заряда движущихся частиц.