Сила Лоренца — это… Что такое Сила Лоренца?

Сила Лоренца — сила, с которой, в рамках классической физики, электромагнитное поле действует на точечную заряженную частицу. Иногда силой Лоренца называют силу, действующую на движущийся со скоростью заряд лишь со стороны магнитного поля, нередко же полную силу — со стороны электромагнитного поля вообще^[1], иначе говоря, со стороны электрического и магнитного полей. Выражается в СИ как:

Названа в честь голландского физика Хендрика Лоренца, который вывел выражение для этой силы в 1892 году. За три года до Лоренца правильное выражение было найдено Хевисайдом^[2].

Макроскопическим проявлением силы Лоренца является сила Ампера.

Уравнение (единицы СИ)

Заряженная частица

Сила Лоренца f действующая на заряженную частицу (заряда q) при движении (с постоянной скоростью v). E поле и B поле меняются в пространстве и во времени.

Сила F действующая на частицу с электрическим зарядом q, движущуюся с постоянной скоростью

v, во внешнем электрическом E и магнитном B полях, такова:

где × векторное произведение. Все величины выделенные жирным являются векторами. Более явно:

где r — радиус-вектор заряженной частицы, t — время, точкой обозначена производная по времени.

Непрерывное распределение заряда

Сила Лоренца (на единичный 3-объём) f действующая на непрерывное распределение заряда (зарядовая плотность ρ) при движении. 3-плотность потока J соответствует движению заряженного элемента dq в объеме dV .

Для непрерывного распределения заряда, сила Лоренца принимает вид:

где dF — сила, действующая на маленький элемент dq.

Ковариантная запись

4-сила выражается через вектор 4-скорости частицы по формуле

, где  — 4-сила, q — заряд частицы,  — тензор электромагнитного поля,  — 4-скорость.

Частные случаи

Направление движения частицы в зависимости от её заряда при векторе магнитной индукции, перпендикулярном вектору скорости (к нам из плоскости рисунка, перпендикулярно ей)

В однородном магнитном поле, направленном перпендикулярно вектору скорости, под действием силы Лоренца заряженная частица будет равномерно двигаться по окружности постоянного радиуса (называемого также гирорадиусом). Сила Лоренца в этом случае является центростремительной силой:

Работа силы Лоренца будет равна нулю, поскольку векторы силы и скорости всегда ортогональны. При скорости , намного меньшей скорости света, круговая частота не зависит от :

Если заряженная частица движется в магнитном поле так, что вектор скорости составляет с вектором магнитной индукции угол , то траекторией движения частицы является винтовая линия с радиусом и шагом винта :

Применение силы Лоренца

Эксперимент, показывающий воздействие силы Лоренца на заряженные частицы Пучок электронов, движущихся по круговой траектории под воздействием магнитного поля. Свечение вызвано возбуждением атомов остаточного газа в баллоне

В электроприборах

Основным применением силы Лоренца (точнее, её частного случая — силы Ампера) являются электрические машины (электродвигатели и генераторы). Сила Лоренца широко используется в электронных приборах для воздействия на заряженные частицы (электроны и иногда ионы), например, в телевизионных электронно-лучевых трубках, а также в масс-спектрометрии и МГД генераторах.

В ускорителях заряженных частиц

Сила Лоренца также используется в ускорителях заряженных частиц, задавая орбиту, по которой движутся эти частицы.

В вооружении

• См. рельсотрон, или, как его ещё называют, рэйлган («рельсовая пушка»)

Другие применения

Примечания

1. ↑ Такая двойственность применения термина «сила Лоренца», очевидно, объясняется историческими причинами: дело в том, что сила, действующая на точечный заряд со стороны только электрического поля была известна задолго до Лоренца — Закон Кулона был открыт в 1785 году. Лоренц же получил общую формулу для действия и электрического и магнитного полей, отличающуюся от прежней как раз выражением для магнитного поля. Поэтому то и другое, вполне логично, называют его именем.
2. ↑ Болотовский Б. М. Оливер Хевисайд. — Москва: Наука, 1985. — С. 43-44. — 260 с.

См. также

Физика 11 класс

Правило правой руки. Сила Лоренца.

Вводные замечания

Правило правой руки обычно применяется школьниками для того, чтобы определить куда будет отклоняться

заряженная частица, движущаяся в магнитном поле.

Сила, которая отклоняет такие частицы, называется силой Лоренца

Величина силы Лоренца вычисляется в школе по формуле

F = q ⋅ v ⨯ B

B — вектор магнитной индукции

v — скорость движения частицы

q — заряд частицы

⨯ — это векторное произведение.

После умножения заряда на скорость и индукцию мы получаем силу Лоренца. Её величину можно посчитать на калькуляторе просто перемножив остальные величины друг на друга.

Любая сила — это вектор, следовательно, у силы есть не только величина, но и направление.

Направление любого векторного произведения можно легко найти зная направления множителей.

Для этого и нужно правило правой руки.

И как Вы могли догадаться, оно может применяться не только к силе Лоренца, но и к любым другим векторным произведениям.

Необходимые знания

Прежде чем знакомиться с правилом правой руки, нужно усвоить как определяется направление электрического тока.

Электроны и отрицательно заряженные ионы движутся от катода к аноду.

Протоны, дырки и положительно заряженные ионы движутся в обратном направлении — от анода к катоду.

За направление электрического тока принято направление противоположное тому, в котором движутся электроны.

Правило правой руки обозначается следующим образом:

Направление, в котором частица отклонится от первоначальной траектории под действием магнитного поля зависит от заряда частицы.

Направление силы Лоренца

Направление силы Лоренца обозначено коричневой стрелкой. Сама сила обозначена как F. Синим цветом обозначена траектория движения отрицательно заряженных частиц при условии, что:

• Отрицательно заряженная частица изначально летела слева направо
• Вектор индукции магнитного поля направлен из экрана

Красным цветом обозначена траектория движения положительно заряженной частицы при выполнении тех же условий.

Прямой чёрной линией обозначается движение частицы не имеющей заряда. На неё магнитное поле не действует и она как двигалась слева направо так и двигается.

Поляризация света

Консервативные и диссипативные силы

Вспомним известный с седьмого класса материал о том, что такое путь и что такое перемещение.

Теперь перейдём непосредственно к типам сил

4)

5)

6)

7)

8)

9)

10)

11)

12)

13)

14)

Генденштейн. Дик. Физика 11 класс

Физика. 11 класс. Л. Э. Генденштейн, Ю. И. Дик
М.: 2012 — 272 с. Учебник — базовый уровень

Для подготовки к ЕГЭ обязательно пригодится самая основная теория, которую лучше всего взать в привычном школьном учебнике. Предлагаю учебник Генденштена — один из лучших учебников базового уровня по физике.

В учебнике изложены основы электродинамики, оптики, атомной физики и астрофизики. Четкая структура учебника облегчает понимание учебного материала.

Приведено много примеров проявления и применения физических законов в окружающей жизни, сведений из истории физических открытий, дано иллюстрированное описание физических опытов. Приведены примеры решения ключевых задач

ОГЛАВЛЕНИЕ
К учителю и ученику
Предисловие
ЭЛЕКТРОДИНАМИКА
Глава 1. ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
§ 1. Электрический ток
1. Источники постоянного тока
2. Сила тока
3. Действия электрического тока
§ 2. Закон Ома для участка цепи
1. Сопротивление и закон Ома для участка цепи
2. Природа электрического сопротивления
3. Сверхпроводимость
§ 3. Последовательное и параллельное соединение проводников
1. Последовательное соединение
2. Параллельное соединение
3. Измерения силы тока и напряжения
§ 4. Работа и мощность постоянного тока

1. Работа тока и закон Джоуля—Ленца
2. Мощность тока
§ 5. Закон Ома для полной цепи
1. Источник тока
2. Закон Ома для полной цепи
3. Передача энергии в электрической цепи
Глава 2. МАГНИТНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
§ 6. Взаимодействие магнитов и токов
1. Взаимодействие магнитов
2. Взаимодействие проводников с токами и магнитов
3. Взаимодействие проводников с токами
4. Связь между электрическим и магнитным взаимодействиями
§ 7. Магнитное поле
1. Магнитное поле
2. Магнитная индукция
3. Сила Ампера и сила Лоренца
4. Линии магнитной индукции
Глава 3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ
§ 8. Электромагнитная индукция
1. Явление электромагнитной индукции
2. Закон электромагнитной индукции
§ 9. Правило Ленца. Индуктивность. Энергия магнитного поля
1. Правило Ленца
2. Явление самоиндукции
3. Энергия магнитного поля
§ 10. Производство, передача и потребление электроэнергии
1. Производство электроэнергии
2. Передача и потребление электроэнергии
§ 11. Электромагнитные волны
1. Теория Максвелла
2. Электромагнитные волны
§ 12. Передача информации с помощью электромагнитных волн
1. Изобретение радио и принципы радиосвязи
2. Генерирование и излучение радиоволн
3. Передача и прием радиоволн
Глава 4. ОПТИКА
§ 13. Природа света. Законы геометрической оптики
1. Развитие представлений о природе света
2. Прямолинейное распространение света
3. Отражение света
4. Преломление света
§ 14. Линзы
1. От стеклянного шара до микроскопа
2. Виды линз и основные элементы линзы
3. Построение изображений в линзах
§ 15. Глаз и оптические приборы
1. Глаз
2. Оптические приборы
§ 16. Световые волны
1. Интерференция света
2. Дифракция света
3. Соотношение между волновой и геометрической оптикой
§ 17. Цвет
1. Дисперсия света
2. Как глаз различает цвета
3. Окраска предметов
4. Невидимые лучи
КВАНТОВАЯ ФИЗИКА
Глава 5. КВАНТЫ И АТОМЫ
§ 18. Кванты света — фотоны
1. Равновесное тепловое излучение
2. «Ультрафиолетовая катастрофа»
3. Гипотеза Планка
§ 19. Фотоэффект
1. Законы фотоэффекта
2. Теория фотоэффекта
3. Применение фотоэффекта
§ 20. Строение атома
1. Опыт Резерфорда
2. Планетарная модель атома
3. Постулаты Бора
§ 21. Атомные спектры
1. Спектры излучения и поглощения
2. Энергетические уровни
§ 22. Лазеры
1. Применение лазеров
2. Спонтанное и вынужденное излучение
3. Принцип действия лазера
§ 23. Квантовая механика
1. Корпускулярно-волновой дуализм
2. Вероятностный характер атомных процессов
3. Соответствие между классической и квантовой механикой
Глава 6. АТОМНОЕ ЯДРО И ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ

§ 24. Атомное ядро
1. Строение атомного ядра
2. Ядерные силы
§ 25. Радиоактивность
1. Открытие радиоактивности
2. Радиоактивные превращения
§ 26. Ядерные реакции и энергия связи ядер
1. Ядерные реакции
2. Энергия связи атомных ядер
3. Реакции синтеза и деления ядер
§ 27. Ядерная энергетика
1. Ядерный реактор
2. Перспективы и проблемы ядерной энергетики
3. Влияние радиации на живые организмы
§ 28. Мир элементарных частиц
1. Открытие новых частиц
2. Классификация элементарных частиц
3. Фундаментальные частицы и фундаментальные взаимодействия
СТРОЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ
Глава 7. СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА
§ 29. Размеры Солнечной системы
1. Земля и Луна
2. Орбиты планет
3. Размеры Солнца и планет
§ 30. Солнце
1. Источник энергии Солнца
2. Строение Солнца
§ 31. Природа тел Солнечной системы
1. Планеты земной группы
2. Планеты-гиганты
3. Малые тела Солнечной системы
4. Происхождение Солнечной системы
Глава 8. ЗВЕЗДЫ, ГАЛАКТИКИ, ВСЕЛЕННАЯ
§ 32. Разнообразие звезд
1. Расстояния до звезд
2. Светимость и температура звезд
§ 33. Судьбы звезд
1. «Звезда-гостья» и «звезда Тихо Браге»
2. От газового облака до белого карлика
3. Эволюция звезд разной массы
§ 34. Галактики
1. Наша Галактика — Млечный Путь
2. Другие галактики
§ 35. Происхождение и эволюция Вселенной
1. Расширение Вселенной
2. Большой Взрыв
3. Будущее Вселенной
Лабораторные работы
Предметно-именной указатель

Хендрик Лоренц

Официально:

Хендрик  Антон Лоренц. 18 июля 1853 – 4 февраля 1928. Нидерландский физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии по физике. Член Нидерландской королевской академии наук, иностранный член-корреспондент Петербургской АН и иностранный почетный член АН СССР.

 

Неофициально:

1. «Вполне можно сказать, что все физики-теоретики считали  Лоренца ведущим мировым умом, который завершил то, что осталось незавершенным его предшественниками, и подготовил почву для плодотворного приема новых идей, основанных на квантовой теории», –  сказано в биографии Лоренца, опубликованной Фондом Нобеля.

 

2. Об уме Лоренца известно физикам-теоретикам, зато о силе Лоренца знает любой школьник. Ведь так называют силу, действующую на заряд, движущийся в магнитном поле. Еще известна формула Лоренца-Лоренца – соотношение между плотностью вещества и его преломляющей способностью. Независимо от Хенрика Лоренца ее открыл датский физик Людвиг Лоренц.

 

3. Отец будущего ученого происходил из Германии, и все его предки занимались сельским хозяйством. Владелец питомника плодовых деревьев из голландского города Арнема рано овдовел, и Хендрика растила мачеха – добрая и заботливая женщина.

 

4. В раннем детстве Лоренц, казалось, отставал в развитии, был хрупок и слаб здоровьем, но школа развеяла опасения. В лучшей школе Арнема он стал первым учеником.

 

5. Хендрик Лоренц с детства не верил в бога. По свидетельству дочери, «вера в высшую ценность разума… заменяла ему религиозные убеждения». Но в церковь будущий физик ходил: там любознательный мальчик слушал проповеди на французском и немецком языках и таким образом учил эти языки.

 

6. Обладающий исключительной памятью Лоренц  выучил еще английский, греческий и латынь, причем на латыни он до старости сочинял стихи.

 

7. За полтора года в Лейденском университете Лоренц  поучил степень бакалавра и вернулся домой в Арнем – продолжать самостоятельное изучение работ Максвелла, которые произвели на него такое впечатление, что определили путь Лоренца в науке.

 

8. В 1875 году Лоренц блестяще защитил докторскую диссертацию «К теории  отражения и преломления света», в которой дал объяснение этих процессов на основе максвелловской  теории.

 

9. Новоиспеченного доктора пригласили на должность профессора математики в Утрехт, но он отказался – мечтал о теоретической физике. Вскоре мечта сбылась: 24-летнего Лоренца назначили профессором вновь созданной кафедры теоретической физики в Лейдене – первую такую кафедру в Нидерландах и одну из первых в Европе.

 

10. В начале 1881 Хендрик Лоренц женился на Алетте Кайзер,  племяннице  профессора астрономии, у которого он учился в Лейденском университете. Жили они размеренно и счастливо. Жизнь украшали две дочери и сын, старшая дочь стала ученицей отца, занималась физикой и математикой и замуж вышла за известного ученого де Хааза.

 

11. Работы Лоренца были мало известны в ученом мире вплоть до конца XIX века: стеснительный ученый мало печатался за границей и не участвовал в конференциях и симпозиумах. Уже автором электронной теории, дополнявшей электродинамику Максвелла и членом Королевской академии наук Нидерландов Лоренц впервые выехал на крупный международный съезд ученых.

 

12. В 1896 году ученик Лоренца Питер Зееман открыл явление расщепления линий атомных спектров в магнитном поле, предсказанное учителем. Лоренц  объяснил это явление, и спустя несколько лет учитель и ученик получили Нобелевскую премию «в знак признания исключительных услуг, которые они оказали науке своими исследованиями влияния магнетизма на явления излучения».

 

13. Хендрик Лоренц стал первым физиком-теоретиком удостоенным  Нобелевской премии. Новоиспеченный лауреат объездил с лекциями ведущие научные центры, но от приглашения в другие университеты категорически отказался.

 

14. На основе электронной теории Лоренц развил электродинамику движущихся сред. Великий голландец  разработал теорию дисперсии света,  получил ряд важных результатов в термодинамике и кинетической теории газов, общей теории относительности, теории теплового излучения. Работы Лоренца способствовали становлению и развитию идей специальной теории относительности и квантовой физики.

 

15. С появлением идей квантовой физики Лоренц осознал несовершенство старых научных представлений. Когда в 1911 году собрался первый Сольвеевский конгресс для обсуждения квантовой теории, Лоренца избрали председателем – так велик был его научный авторитет.

 

16. Празднование 50-летия научной деятельности Лоренца стало буквально общенациональным праздником.  На торжество прибыли около двух тысяч человек со всех концов мира, в том числе многие крупные физики. Принц Хендрик вручил учёному высшую награду Голландии – Большой крест ордена Оранских-Нассау, а Королевская академия наук учредила медаль Лоренца за достижения в области теоретической физики.

 

17. Над гробом Лоренца, Эйнштейн, в частности,  сказал: «Свою жизнь он до мельчайших подробностей создавал так, как создают драгоценное произведение искусства. Никогда не оставлявшие его доброта, великодушие и чувство справедливости вместе с глубоким, интуитивным пониманием людей и обстановки делали его руководителем всюду, где бы он ни работал. Все с радостью следовали за ним, чувствуя, что он стремится не властвовать над людьми, а служить им».

 

18. В знак национального траура в день похорон  по всей стране в полдень на три минуты было прекращено телеграфное сообщение.

 

19. Лоренц не был замечательным афористом, но одну его хлесткую фразу  цитируют довольно часто. После начала Первой мировой войны он сказал Альберту Эйнштейну: «Моя нация, по счастью, слишком мала, чтобы совершать большие глупости».

Сила Лоренца в физике с формулами и примерами

Сила Лоренца

Сила Лоренца — это сила, действующая на движущийся точечный электрический заряд во внешнем магнитном поле.

Нидерландский физик X. А. Лоренц в конце XIX в. установил, что сила, действующая со стороны магнитного поля на движущуюся заряженную частицу, всегда перпендикулярна направлению движения частицы и силовым линиям магнитного поля, в котором эта частица движется.

Направление силы Лоренца можно определить с помощью правила левой руки:
Если расположить ладонь левой руки так, чтобы четыре вытянутых пальца указывали направление движения заряда, а вектор магнитной индукции поля входил в ладонь, то отставленный большой палец укажет направление силы Лоренца, действующей на положительный заряд (рис. 121).

Рис. 121

Если заряд частицы отрицательный, то сила Лоренца будет направлена в противоположную сторону.
Модуль силы Лоренца легко определяется из закона Ампера и составляет:

(3.17)

где — заряд частицы, — скорость её движения, — угол между векторами скорости и индукции магнитного поля.
Если кроме магнитного поля есть ещё и электрическое поле, которое действует на заряд с силой , то полная сила, действующая на заряд, равна:

Часто именно эту полную силу называют силой Лоренца, а силу, выраженную формулой (3.17), называют магнитной частью силы Лоренца.

Поскольку сила Лоренца перпендикулярна направлению движения частицы, она не может изменить её скорость (она не совершает работы), а может изменить лишь направление её движения, т. е. искривить траекторию.

Такое искривление траектории электронов в кинескопе телевизора легко наблюдать, если поднести к его экрану постоянный магнит: изображение исказится.

Рис. 122

Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле. Пусть заряженная частица влетает со скоростью v в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям напряжённости (рис. 122). Сила, действующая со стороны магнитного поля на частицу, заставит её равномерно вращаться по окружности радиусом г, который легко найти, воспользовавшись вторым законом Ньютона, выражением для центростремительного ускорения и формулой (3.17):

Отсюда получим

где — масса частицы.

Эта лекция взята со страницы лекций по всем темам предмета физика:

Предмет физика

Возможно эти страницы вам будут полезны:

Сила Лоренца в Полевой физике

«Сила Лоренца» представляет собой силу F, действующую на электрический заряд в электромагнитном поле:

В этой формуле q и u – заряд и скорость рассматриваемой частицы, на которую действует сила. E и B – напряженности электрического и магнитного полей, φ и A – скалярный и векторный потенциалы, c – величина скорости света.

В своем современном виде сила Лоренца состоит из электростатического слагаемого, соответствующего кулоновской силе, и двух динамических добавок, связанных с движением зарядов – вихревого электрического поля и магнитной силы. Правда следует отметить, что помимо этих добавок при переходе из системы отсчета, связанной с одним из движущихся зарядом, например источником поля, в лабораторную систему отсчета следует использовать преобразования Лоренца и связанные с ними релятивистские поправки.

Полевая физика приводит к очень интересному пониманию. Оказывается, что при движении электрических зарядов (источников поля) связанная с ними полевая оболочка оказывается подобной неинерциальной система отсчета а, следовательно, структура динамических добавок к электростатической силе должна быть в точности аналогична механическим силам инерции. В итоге электромагнитную силу – силу Лоренца – можно получить исходя из механики, путем добавления к электростатическому слагаемому (закону Кулона) полевых аналогов сил инерции, получивших название полевых сил инерции.

Так аналогом обычных сил инерции, связанных с неравномерным движением или вращением, оказывается вихревое электрическое поле. Аналог силы Кориолиса известен как магнитная сила. При этом аналог центробежной силы не представлен в силе Лоренца в виде отдельного слагаемого, однако как доказывает полевая физика, именно он соответствует используемым в современной физике релятивистским поправкам при преобразовании силы Лоренца из системы отсчета, связанной с движущимся зарядом, в лабораторную систему отсчета. Получается, что если добавить в силу Лоренца потерянный аналог центробежной силы, то можно обойтись вообще без релятивистских поправок и оставаться в рамках преобразований Галилея.

Именно по этому пути и идет полевая физика. Вместо традиционного выражения она использует скорректированную силу Лоренца, в которой к электростатическому слагаемому добавляются уже не две, а три динамические добавки:

При этом эти три добавки вместе составляют полную производную от векторного потенциала, что решает проблему относительности и делает силу Лоренца инвариантной по отношению к преобразованиям Галилея. При этом необходимость в релятивистских поправках отпадает.

Занимательная физика сила лоренца. Лоренца сила. Формула силы Лоренца

«Физика — 11 класс»

Магнитное поле действует с силой на движущиеся заряженные частицы, в то числе и на проводники с током.
Какова же сила, действующая на одну частицу?

1.
Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называют силой Лоренца в честь великого голландского физика X. Лоренца, создавшего электронную теорию строения вещества.
Силу Лоренца можно найти с помощью закона Ампера.

Модуль силы Лоренца равен отношению модуля силы F, действующей на участок проводника длиной Δl, к числу N заряженных частиц, упорядоченно движущихся в этом участке проводника:

Так как сила (сила Ампера), действующая на участок проводника со стороны магнитного поля
равна F = | I | BΔl sin α ,
а сила тока в проводнике равна I = qnvS
где
q — заряд частиц
n — концентрация частиц (т.е. число зарядов в единице объема)
v — скорость движения частиц
S — поперечное сечение проводника.

Тогда получаем:
На каждый движущийся заряд со стороны магнитного поля действует сила Лоренца , равная:

где α — угол между вектором скорости и вектором магнитной индукции.

Сила Лоренца перпендикулярна векторам и .

2.
Направление силы Лоренца

Направление силы Лоренца определяется с помощью того же правила левой руки , что и направление силы Ампера:

Если левую руку расположить так, чтобы составляющая магнитной индукции, перпендикулярная скорости заряда, входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по движению положительного заряда (против движения отрицательного), то отогнутый на 90° большой палец укажет направление действующей на заряд силы Лоренца F л

3.
Если в пространстве, где движется заряженная частица, существует одновременно и электрическое поле, и магнитное поле, то суммарная сила, действующая на заряд, равна: = эл + л где сила, с которой электрическое поле действует на заряд q, равна F эл = q.

4.
Cила Лоренца не совершает работы , т.к. она перпендикулярна вектору скорости частицы.
Значит сила Лоренца не меняет кинетическую энергию частицы и, следовательно, модуль ее скорости.
Под действием силы Лоренца меняется лишь направление скорости частицы.

5.
Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле

Есть однородное магнитное поле , направленное перпендикулярно к начальной скорости частицы .

Сила Лоренца зависит от модулей векторов скорости частицы и индукции магнитного поля.
Магнитное поле не меняет модуль скорости движущейся частицы, значит остается неизменным и модуль силы Лоренца.
Сила Лоренца перпендикулярна скорости и, следовательно, определяет центростремительное ускорение частицы.
Неизменность по модулю центростремительного ускорения частицы, движущейся с постоянной по модулю скоростью, означает, что

В однородном магнитном поле заряженная частица равномерно движется по окружности радиусом r .

Согласно второму закону Ньютона

Тогда радиус окружности по которой движется частица, равен:

Время, за которое частица делает полный оборот (период обращения), равно:

6.
Использование действия магнитного поля на движущийся заряд.

Действие магнитного поля на движущийся заряд используют в телевизионных трубках-кинескопах, в которых летящие к экрану электроны отклоняются с помощью магнитного поля, создаваемого особыми катушками.

Сила Лоренца используется в циклотроне — ускорителе заряженных частиц для получения частиц с большими энергиями.

На действии магнитного поля основано также и устройство масс-спектрографов, позволяющих точно определять массы частиц..

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Сила Лоренца – сила, действующая на точечную заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле.

Она равна произведению заряда, модуля скорости частицы, модуля вектора индукции магнитного поля и синуса угла между вектором магнитного поля и скоростью движения частицы.

Здесь – сила Лоренца, – заряд частицы, – модуль вектора индукции магнитного поля, – скорость частицы, – угол между вектором индукции магнитного поля и направления движения.

Единица измерения силы – Н (ньютон) .

Сила Лоренца — векторная величина. Сила Лоренца принимает своё наибольшее значение когда векторы индукции и направления скорости частицы перпендикулярны ().

Направление силы Лоренца определяют по правилу левой руки:

Если вектор магнитной индукции входит в ладонь левой руки и четыре пальца вытянуты в сторону направления вектора движения тока, тогда отогнутый в сторону большой палец показывает направление силы Лоренца.

В однородном магнитном поле частица будет двигаться по окружности, при этом сила Лоренца будет центростремительной силой. Работа при этом не будет совершаться.

Примеры решения задач по теме «Сила Лоренца»

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Задание	Под действием силы Лоренца частица массы m с зарядом q движется по окружности. Магнитное поле однородно, его напряжённость равна B. Найти центростремительное ускорение частицы.
Решение	Вспомним формулу силы Лоренца: Кроме того, по 2 закону Ньютона: В данном случае сила Лоренца направлена к центру окружности и ускорение, ею создаваемое, направлено туда же, то есть это и есть центростремительное ускорение. Значит:

Основные законы Динамики. Законы Ньютона — первый, второй, третий. Принцип относительности Галилея. Закон всемирного тяготения. Сила тяжести. Силы упругости. Вес. Силы трения — покоя, скольжения, качения + трение в жидкостях и газах.

Кинематика. Основные понятия. Равномерное прямолинейное движение. Равноускоренное движение. Равномерное движение по окружности. Система отсчёта. Траектория, перемещение, путь, уравнение движения, скорость, ускорение, связь линейной и угловой скорости.

Простые механизмы. Рычаг (рычаг первого рода и рычаг второго рода). Блок (неподвижный блок и подвижный блок). Наклонная плоскость. Гидравлический пресс. Золотое правило механики

Законы сохранения в механике. Механическая работа, мощность, энергия, закон сохранения импульса, закон сохранения энергии, равновесие твердых тел

Движение по окружности. Уравнение движения по окружности. Угловая скорость. Нормальное = центростремительное ускорение. Период, частота обращения (вращения). Связь линейной и угловой скорости

Механические колебания. Свободные и вынужденные колебания. Гармонические колебания. Упругие колебания. Математический маятник. Превращения энергии при гармонических колебаниях

Механические волны. Скорость и длина волны. Уравнение бегущей волны. Волновые явления (дифракция. интерференция…)

Гидромеханика и аэромеханика. Давление, гидростатическое давление. Закон Паскаля. Основное уравнение гидростатики. Сообщающиеся сосуды. Закон Архимеда. Условия плавания тел. Течение жидкости. Закон Бернулли. Формула Торричели

Молекулярная физика. Основные положения МКТ. Основные понятия и формулы. Свойства идеального газа. Основное уравнение МКТ. Температура. Уравнение состояния идеального газа. Уравнение Менделеева-Клайперона. Газовые законы — изотерма, изобара, изохора

Волновая оптика. Корпускулярно-волновая теория света. Волновые свойства света. Дисперсия света. Интерференция света. Принцип Гюйгенса-Френеля. Дифракция света. Поляризация света

Термодинамика. Внутренняя энергия. Работа. Количество теплоты. Тепловые явления. Первый закон термодинамики. Применение первого закона термодинамики к различным процессам. Уравнение теплового балланса. Второй закон термодинамики. Тепловые двигатели

Электростатика. Основные понятия. Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Принцип суперпозиции. Теория близкодействия. Потенциал электрического поля. Конденсатор.

Постоянный электрический ток. Закон Ома для участка цепи. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца. Закон Ома для полной цепи. Закон электролиза Фарадея. Электрические цепи — последовательное и параллельное соединение. Правила Кирхгофа.

Электромагнитные колебания. Свободные и вынужденные электромагнитные колебания. Колебательный контур. Переменный электрический ток. Конденсатор в цепи переменного тока. Катушка индуктивности («соленоид») в цепи переменного тока.

Электромагнитные волны. Понятие электромагнитной волны. Свойства электромагнитных волн. Волновые явления

Вы сейчас здесь: Магнитное поле. Вектор магнитной индукции. Правило буравчика. Закон Ампера и сила Ампера. Сила Лоренца. Правило левой руки. Электромагнитная индукция, магнитный поток, правило Ленца, закон электромагнитной индукции, самоиндукция, энергия магнитного поля

Квантовая физика. Гипотеза Планка. Явление фотоэффекта. Уравнение Эйнштейна. Фотоны. Квантовые постулаты Бора.

Элементы теории относительности. Постулаты теории относительности. Относительность одновременности, расстояний, промежутков времени. Релятивистский закон сложения скоростей. Зависимость массы от скорости. Основной закон релятивистский динамики…

Погрешности прямых и косвенных измерений. Абсолютная, относительная погрешность. Систематические и случайные погрешности. Среднее квадратическое отклонение (ошибка). Таблица определения погрешностей косвенных измерений различных функций.

Определение

Сила , действующая на движущуюся заряженную частицу в магнитном поле, равная:

называется силой Лоренца (магнитной силой) .

Исходя из определения (1) модуль рассматриваемой силы:

где – вектор скорости частицы, q – заряд частицы, – вектор магнитной индукции поля в точке нахождения заряда, – угол между векторами и . Из выражения (2) следует, что если заряд движется параллельно силовым линиям магнитного поля,то сила Лоренца равна нулю. Иногда силу Лоренца стараясь выделить, обозначают, используя индекс:

Направление силы Лоренца

Сила Лоренца (как и всякая сила) – это вектор. Ее направление перпендикулярно вектору скорости и вектору (то есть перпендикулярно плоскости, в которой находятся векторы скорости и магнитной индукции) и определяется правилом правого буравчика (правого винта) рис.1 (a). Если мы имеем дело с отрицательным зарядом, тонаправление силы Лоренца противоположно результату векторного произведения (рис.1(b)).

вектор направлен перпендикулярно плоскости рисунков на нас.

Следствия свойств силы Лоренца

Так как сила Лоренца направлена всегда перпендикулярно направлению скорости заряда, то ее работа над частицей равна нулю. Получается, что воздействуя на заряженную частицу при помощи постоянного магнитного поля нельзя изменить ее энергию.

Если магнитное поле однородно и направлено перпендикулярно скорости движения заряженной частицы, то заряд под воздействием силы Лоренца будет перемещаться по окружности радиуса R=const в плоскости, которая перпендикулярна вектору магнитной индукции. При этом радиус окружности равен:

где m – масса частицы,|q|- модуль заряда частицы, – релятивистский множитель Лоренца, c – скорость света в вакууме.

Сила Лоренца — это центростремительная сила. По направлению отклонения элементарной заряженной частицы в магнитном поле делают вывод о ее знаке (рис.2).

Формула силы Лоренца при наличии магнитного и электрического полей

Если заряженная частица перемещается в пространстве, в котором находятся одновременно два поля (магнитное и электрическое), то сила, которая действует на нее, равна:

где – вектор напряженности электрического поля в точке, в которой находится заряд. Выражение (4) было эмпирически получено Лоренцем. Сила , которая входит в формулу (4) так же называется силой Лоренца (лоренцевой силой). Деление лоренцевой силы на составляющие: электрическую и магнитную относительно, так как связано с выбором инерциальной системы отсчета. Так, если система отсчета будет двигаться с такой же скоростью , как и заряд, то в такой системе сила Лоренца, действующая на частицу, будет равна нулю.

Единицы измерения силы Лоренца

Основной единицей измерения силы Лоренца (как и любой другой силы) в системе СИ является: [F]=H

В СГС: [F]=дин

Примеры решения задач

Пример

Задание. Какова угловая скорость электрона, который движется по окружности в магнитном поле с индукцией B?

Решение. Так как электрон (частица имеющая заряд) совершает перемещение в магнитном поле, то на него действует сила Лоренца вида:

где q=q e – заряд электрона. Так как в условии сказано, что электрон движется по окружности, то это означает, что , следовательно, выражение для модуля силы Лоренца примет вид:

Сила Лоренцаявляется центростремительной и кроме того, по второму закону Ньютона будет в нашем случае равна:

Приравняем правые части выражений (1.2) и (1.3), имеем:

Из выражения (1.3) получим скорость:

Период обращения электрона по окружности можно найти как:

Зная период, можно найти угловую скорость как:

Ответ.

Пример

Задание. Заряженная частица (заряд q, масса m) со скоростью vвлетает в область, где имеется электрическое поле напряженностью E и магнитное поле с индукцией B. Векторы и совпадают по направлению. Каково ускорение частицы в моментначалаперемещения в полях, если ?

Электрические заряды, движущиеся в определенном направлении, создают вокруг себя магнитное поле, скорость распространения которого в вакууме равно скорости света, а в других средах чуть меньше. Если движение заряда происходит во внешнем магнитном поле, то между внешним магнитным полем и магнитным полем заряда возникает взаимодействие. Так как электрический ток – это направленное движение заряженных частиц, то сила, которая будет действовать в магнитном поле на проводник с током, будет являться результатом отдельных (элементарных) сил, каждая из которых прикладывается к элементарному носителю заряда.

Процессы взаимодействия внешнего магнитного поля и движущихся зарядов исследовались Г. Лоренцом, который в результате многих своих опытов вывел формулу для расчета силы, действующей на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля. Именно поэтому силу, которая действует на движущийся в магнитном поле заряд, называют силой Лоренца.

Сила, действующая на проводник стоком (из закона Ампера), будет равна:

По определению сила тока равна I = qn (q – заряд, n – количество зарядов, проходящее через поперечное сечение проводника за 1 с). Отсюда следует:

Где: n 0 – содержащееся в единице объема количество зарядов, V – их скорость движения, S – площадь поперечного сечения проводника. Тогда:

Подставив данное выражение в формулу Ампера, мы получим:

Данная сила будет действовать на все заряды, находящиеся в объеме проводника: V = Sl. Количество зарядов, присутствующих в данном объеме будет равно:

Тогда выражение для силы Лоренца будет иметь вид:

Отсюда можно сделать вывод, что сила Лоренца, действующая на заряд q, который двигается в магнитном поле, пропорциональна заряду, магнитной индукции внешнего поля, скорости его движения и синусу угла между V и В, то есть:

За направление движения заряженных частиц принимают направление движения положительных зарядов. Поэтому направление данной силы может быть определено с помощью правила левой руки.

Сила, действующая на отрицательные заряды, будет направлена в противоположную сторону.

Сила Лоренца всегда направлена перпендикулярно скорости V движения заряда и поэтому работу она не совершает. Она изменяет только направление V, а кинетическая энергия и величина скорости заряда при его движении в магнитном поле остаются неизменными.

Когда заряженная частица движется одновременно в магнитном и электрическом полях, на него будет действовать сила:

Где Е – напряженность электрического поля.

Рассмотрим небольшой пример:

Электрон, прошедший ускоряющую разность потенциалов 3,52∙10 3 В, попадает в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции. Радиус траектории r = 2 см, индукция поля 0,01 Т. Определить удельный заряд электрона.

Удельный заряд – это величина, равная отношению заряда к массе, то есть e/m.

В магнитном поле с индукцией В на заряд, движущийся со скоростью V перпендикулярно линиям индукции, действует сила Лоренца F Л = BeV. Под ее действием заряженная частица будет перемещаться по дуге окружности. Так как при этом сила Лоренца вызовет центростремительное ускорение, то согласно 2-му закону Ньютона можно записать:

Кинетическую энергию, которая будет равна mV 2 /2, электрон приобретает за счет работы А сил электрического поля (А = eU), подставив в уравнение получим.

Сила лоренца 11 клас фізика

Сила лоренца 11 клас фізика

Скачать сила лоренца 11 клас фізика djvu

15-10-2021

будет последней каплей. лоренца 11 фізика сила клас прощения, это

Розробка уроку з фізики в 11 класі: «Сила Ампера й сила Лоренца» Автор: вчитель фізики Єфімова Юлія Олексіївна Урок формування знань, умінь і навичок учнів з. Сила Лоренца. Фізика 11 клас Подробнее. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца | Физика 11 класс #3 | Инфоурок Подробнее. Фізика. Урок «Сила Ампера. Сила Клас. 11 клас Подробнее. сила Лоренца правило левой руки физика 11 класс Подробнее. Магнетизм. Сила Ампера. Фізика 11 клас Подробнее.  Фізика 11 клас. Магнітні властивості речовини. Діа- пара- та феромагнетики (урок 29) Подробнее. Закон Ампера и его применение | Физика 11 класс #2 | Инфоурок Подробнее. Урок Задачи на закон Ампера — 1 Подробнее. Урок Задачи на силу Лоренца — 1 Подробнее. Фізика 11 клас. Вправа № 4 п Подробнее. 9 клас, фізика Урок Тема уроку. Побудова зображень у лінзах.

Одна из моих подписчиков попросила рассказать о том, как получается сила Лоренца и с чем ее едят. Рассказал все основные моменты. Вывод силы Лоренца из силы.

считаю, что ошибаетесь. 11 клас фізика сила лоренца говорит надо

11 Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, называется силой Ампера французский физик, математик, химик, клас Парижской АН (), иностранный член Петербургской АН (), один из основоположников электродинамики. Ампер Андре Мари –   Скачать бесплатно презентацию на тему «Силы Ампера и Лоренца 11 класс. Магнитное гладюк природознавство 4 клас 2 частина Магнитное поле Магнитное поле – это особая форма материи, которая существует реально, независимо от нас.» в vozdushnaya.ru (PowerPoint). Похожие презентации. Фізика 11 клас. ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ. Розділ 2 Електромагнітне поле. § сила Ампера. Сила Лоренца. Одним із проявів магнітного поля є його силова дія на рухомі електричні заряди і провідники зі струмом. У р. А. Ампер установив закон, який визначає силу, що діє на відрізок провідника зі струмом в лоренца полі.

Урок 11 классе по теме «Сила Лоренца». Цель урока — ознакомление с действием магнитного поля на заряженные частицы, с силой Лоренца, формирование знаний и умений по применению формулы силы Лоренца в решении задач.

извиняюсь, но, по-моему, клас 11 сила фізика лоренца это подойдет

Відео про ВАК з каналу «Простая наука» російською мовою: Видео Фізика 11 клас. Сила Лоренца (Урок №23) канала Олександр Зеленський.  Фізика 11 клас. Сила Лоренца (Урок №23). Відео про ВАК з каналу «Простая наука» російською мовою: vozdushnaya.ru?v=C0MlaMLKrIc. Видео Фізика 11 клас. Сила Лоренца (Урок №23) канала Олександр Зеленський. Показать. Комментарии отсутствуют. Сила Лоренца. Цель урока: рассмотреть действие магнитного поля на движущиеся заряженные частицы. Тип урока: урок изучения нового материала.  Силу, с которой магнитное поле действует на движущиеся заряженные частицы, называют силой Лоренца Л. Если пропустить через определенную точку магнитного поля различные заряженные частицы в разных направлениях и с разными скоростями, то можно обнаружить следующее: • на частицу, которая движется вдоль линии магнитного поля, сила Лоренца не действует; • модуль силы Лоренца будет максимальным, если частица движется перпендикулярно линии магнитного поля.

Сила Лоренца» может быть использована при объяснении нового материала в 9 и 11 классе. урок в 9 классе по теме «Сила Ампера. Сила Лоренца»». Конспект урока «Сила Ампера. Сила Лоренца» 9 класс, общеобразовательный. Презентация к уроку по теме «Сила Лоренца». В работе представлен наглядный материалк уроку по теме «Сила Лоренца»   самостоятельная работа по теме «Сила Ампера. Сила Лоренца» 9 класс состоит из 8 вариантов. Пять заданий в кадом варианте. Контрольная работа по физике 11 класс по теме «Магнитное поле. Сила Ампера. Сила Лоренца». Контрольная работа составлена в форме ЕГЭ. Состоит из трех частей. Презентация к уроку «Сила Ампера, сила Лоренца» (9 класс).

знаю, как все, восторге. 11 клас фізика сила лоренца присоединяюсь всему выше сказанному. Действительно странно

Методическая разработка Презентация. Сила Лоренца по предмету Физика и Астрономия. Категория: Презентации по физике.  Презентация. Сила Лоренца. Аннотация: Данный материал использовался на уроке в 10 классе. Целевая аудитория: для 10 класса. Автор: Соколовская Евгения Викторовна Место работы: МОУ «Беломорская СОШ №3» Добавил: karelfizichka. Скачать с портала ( Kb). Смотрите также: Презентация «Опорные конспекты к урокам физики в 10 — 11 классах». Презентация к уроку физики «Решение задач на уравнение состояния идеального газа». Презентация. Сила Лоренца и сила Ампера. Физика 11 класс Скачать презентацию. сила Ампера. Магнитная сила Лоренца >>. Силы Ампера и Лоренца. Сила Лоренца и сила Ампера. Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током, Сила Лоренца и сила Ампера. Сила, с которой магнитное поле действует фізика движущуюся заряженную. Сила Лоренца и сила Ампера. § 3; 4. Упр. Презентация «Сила Лоренца и сила Ампера». Размер КБ. Дпа 11 клас англійська мова 2016 видавництво богдан. Скачать презентацию. Физика 11 класс.  «Электромагнитная индукция в современной технике» — Содержание: Выполнила ученица 11 «А» класса МОУ лицея №58 Неведрова Наталья. Металлодетекторы. Поисковые.

Просмотр содержимого документа «Сила Лоренца. Физика. 11 класс». Урок №6. Тема: «Сила Лоренца». Цели: установить силы, влияющие на подвижное заряженное тело в электромагнитном поле. Ход урока.  Поэтому действие магнитного поля на проводник с током есть фізика действия поля на движущиеся заряженные частицы внутри проводника. Наймем силу, действующую на одну частицу. Силу, действующую на движущуюся заряженную силу со стороны магнитного поля, называют силой Лоренца в честь великого голландского физика X. Лоренца (— ) — основателя электронной теории строения вещества. Силу Лоренца можно найти с помощью закона Ампера.

моему это очень интересная 11 сила фізика лоренца клас этом что-то

Сила Лоренца. Фізика 11 клас Подробнее. Действие магнитного поля на движущийся заряд. Сила Лоренца | Физика 11 класс #3 | Инфоурок Подробнее. Фізика. Урок «Сила Ампера. Сила Лоренца». 11 клас Подробнее. сила Лоренца правило левой руки физика 11 класс Подробнее. Магнетизм. Сила Ампера. Фізика 11 клас Подробнее.  Фізика 11 клас. Магнітні властивості речовини. Діа- пара- та феромагнетики (урок 29) Подробнее. Закон Ампера и его применение | Физика 11 класс #2 | Инфоурок Подробнее. Урок Задачи на закон Ампера — 1 Подробнее. Урок Задачи на силу Лоренца — 1 Подробнее. Фізика 11 клас. Вправа № 4 п Подробнее. 9 клас, фізика Урок Тема уроку. Побудова зображень у лінзах. Сила Лоренца (11 класс). Перейти к файлу. Заказать учебную работу. Чтобы посмотреть презентацию с картинками, оформлением и слайдами, скачайте ее файл и откройте в PowerPoint на своем компьютере. Текстовое содержимое слайдов презентации: РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ. Сила Лоренца. Сила Ампера. ЗАДАНИЕ 1 ЗАДАНИЕ 2 Под влиянием однородного магнитного поля в нем с ускорением 0,2 м/с2 движется прямолинейный алюминиевый проводник сечением 1 мм2. По проводнику течет ток 5 А, его направление перпендикулярно полю. Вычислить индукцию поля. ЗАДАНИЕ 3 Протон и электрон, двигаясь с одинаковой скоростью, попадают в однор.

Сила Лоренца. Понимание магнитного поля гдз анг.мова 8 клас карпюк на двух положениях: движущиеся заряды создают магнитное поле, и магнитное поле действует на движущиеся заряды. Сила, с которой відповіді до зошита з природознавства 3 клас гільберг сак поле действует на движущийся заряд, называется силой Лоренца. Сила Лоренца. л. это сила, с которой магнитное поле действует на движущуюся в нем заряженную частицу. Модуль силы Лоренца. л. равен произведению модуля индукции магнитного поля.  Так как сила Лоренца перпендикулярна вектору скорости частицы, то она не может изменить значение скорости, а изменяет только ее направление и, следовательно, не совершает работы.

слова моему мнению правы. лоренца 11 фізика сила клас бывает. Можем пообщаться эту

Урок 11 классе по теме «Сила Лоренца». Цель урока — ознакомление с действием магнитного поля на заряженные частицы, с силой Лоренца, формирование знаний и умений по применению формулы силы Лоренца в решении задач. Сила Лоренца — это сила, действующая на движущийся точечный электрический заряд во внешнем магнитном поле.  Применение силы Лоренца. Действие магнитного поля на движущиеся заряды применяется, например, в масс-спектрографах, позволяющих разделять заряженные частицы по их удельным зарядам, т. е. по отношению заряда частицы к ее массе, и по полученным результатам точно определять массы частиц. Вакуумная камера прибора помещена в поле (вектор индукции перпендикулярен рисунку).  Физика 7,8,9,10,11 класс, ЕГЭ, ГИА. Основная информация по курсу физики для обучения и подготовки в экзаменам, ГВЭ, ЕГЭ, ОГЭ, ГИА. Физика 7,8,9,10,11 класс, ЕГЭ, ГИА. Закон Ампера.

Конспект уроку з фізики для 11 класу «Сила Лоренца розроблений за підручником Фізика (рівень стандарту, за навчальною програмою авторського колективу під.

Униполярный двигатель (Mini Lorentz Force)

Рисунок 1: Настройка униполярного двигателя

Этот униполярный двигатель представляет собой компактный способ продемонстрировать эффекты силы Лоренца, действующей на движущиеся заряды в магнитном поле.

Материалы:

1. Бункер униполярного двигателя: находится в шкафу F3. В комплект входят батарейка AA, цилиндрический магнит, гайка, металлическая подставка и два литых медных провода. Эти компоненты показаны ниже на рисунках 2 и 3.

   Рисунок 2: Компоненты униполярного двигателя

   Рисунок 3: Медные обмотки

2. Видеокамера: Эта демонстрация особенно мала, поэтому видеокамера потребуется почти всегда.

Настройка:

Общая установка показана выше на Рисунке 1. Компоненты в порядке продвижения вверх: металлическая подставка, цилиндрический магнит, батарея, гайка и любая из медных обмоток наверху. Любая медная обмотка должна вращаться должным образом, но может потребоваться небольшая регулировка, чтобы поддерживать хороший контакт с обоими концами батареи, не вызывая слишком большого трения.Из-за конфигурации спиральной намотки требуется несколько иных шагов для размещения компонентов.

Сначала поместите металлическую стойку с прикрепленным магнитом. Затем поместите небольшую цилиндрическую обертку спиральной намотки вокруг магнита. Теперь вставьте батарею через верх спиральной намотки. И, наконец, поместите заостренный конец спиральной намотки на положительный полюс батареи, чтобы посмотреть, как она вращается.

Пояснение:

Униполярный двигатель вращается, превращая электрическую энергию, накопленную в батарее, в кинетическую энергию за счет силы Лоренца.Сила Лоренца гласит:

Чтобы упростить наши вычисления, мы начнем с прямоугольной обмотки, а затем распространим те же аргументы на более сложный случай спирали. Ниже представлена ​​схема этой конфигурации проводов, на которой B показан фиолетовым цветом, а ток течет вниз. Этот ток возникает в результате соединения положительной и отрицательной клемм аккумулятора.

Рисунок 4: Униполярный двигатель с маркировкой B и F, от ResearchGate

Из приведенного выше закона силы Лоренца мы знаем, что сила будет указывать в направлении, перпендикулярном как магнитному полю, так и току, проходящему через него.Как видно из рисунка 4, эта сила направлена ​​за пределы страницы с правой стороны и на страницу с левой стороны. В результате получается вращение по часовой стрелке, если смотреть сверху на батарею.

Аналогичный эффект происходит со спиральной намоткой, показанной на Рисунке 3 выше. Поперечное произведение по-прежнему дает силу по часовой стрелке, как и прямоугольная намотка. Разница между этими двумя случаями заключается в том, что сила также имеет составляющую в восходящем или нисходящем направлении из-за того, что провод имеет как вертикальные, так и горизонтальные составляющие, когда он закручивается по спирали вокруг батареи.Однако чистое вращение этой обмотки такое же, как и для прямоугольной обмотки. С практической точки зрения такая установка обмотки будет менее эффективной и будет обеспечивать более низкую максимальную скорость вращения из-за составляющей тока в вертикальном направлении. Несмотря на это, я включил форму, чтобы показать, что этот эффект будет иметь место практически для любой формы из-за нисходящего тока, пока этот ток проходит относительно близко к магнитному полю.

Примечания:

• В течение длительного периода времени медный провод окисляется и предотвращает электрический контакт.
  • Чтобы исправить это, используйте цилиндрический напильник, чтобы слегка удалить окисление в нижней точке, где обмотка будет контактировать с магнитом
• Обмотка может потребовать точной регулировки, чтобы обеспечить легкий контакт с нижней открытой медью.
  • Слишком плотно, трение замедлит или остановит вращение
  • Слишком ослаблено, и медь не будет контактировать для проведения достаточного тока

Автор Ноа Пик

Изучение следов частиц в облачных и стримерных камерах

FFP12 2011

Удине 21-23 ноября 2011 г.

Сила Лоренца как инструмент для исследования физики: изучение следов частиц в облаке и стримерных камерах

Паскуале Онорато и Анна Де Амброзис

Физический факультет »А.Volta », Университет Павии, via Bassi 6, I-27100 Pavia, Italy

Abstract

Представлена ​​последовательность экспериментов, направленных на изучение магнитной силы на движущихся заряженных частицах. В

первые студенты работают с оборудованием, которое воспроизводит эксперимент Томсона 1932 года. Затем они анализируют

изображений треков субъядерных частиц в облачных и стримерных камерах в исторических экспериментах. Последовательность

была протестирована на учениках старших классов.Наши результаты по сравнению с результатами, опубликованными в литературе

, показывают, что понимание учащимися направления и величины магнитной силы заметно улучшилось, и некоторые типичные трудности были преодолены.

1. Введение

Многие исследователи изучали трудности студентов в понимании основных характеристик магнитной силы

, действующей на движущиеся заряженные частицы (Galili 1995, Guisasola 2004, Sağlam 2006, Scaife

2010).Результаты показывают, как ученики легко путают электрические и магнитные поля и как они склонны думать, что сила, испытываемая движущейся заряженной частицей, направлена ​​к магнитному полюсу

или имеет то же направление, что и силовые линии магнитного поля, независимо от скорости.

заряженная частица (

Scaife 2007)

. Чтобы помочь студентам преодолеть эти трудности, наша идея состоит в том, чтобы подчеркнуть особенность и уникальность этой силы, как она проявляется в реальных экспериментах с

элементарными частицами.Таким образом, сила Лоренца и ее характеристики вводятся как инструменты исследования физики

, а не как формула, которую нужно запомнить.

В этой статье мы представляем три таких эксперимента, которые включены в более широкую последовательность из

действий по электромагнитному взаимодействию. Они были разработаны в сотрудничестве с группой из

учителей старших классов, участвующих в программе, финансируемой Министерством образования и направленной на подготовку

студентов к изучению естественных наук в университете.Группа выделила два основных варианта:

 подчеркивая экспериментальный подход;

 заставляет студентов проводить количественные измерения самостоятельно, работая в группах

.

Чтобы придерживаться этого выбора, мы широко использовали цифровую камеру и программное обеспечение для обработки изображений

, что позволило студентам работать напрямую не только с треками, полученными

экспериментальным оборудованием, имеющимся в лаборатории, но и также на изображениях, полученных в исторических экспериментах

.В последовательность действий включены следующие эксперименты:

o Изучение магнитной силы на электроны, испускаемые катодом, движущиеся в однородном магнитном поле

.

o Эксперимент, проведенный в 1932 году К. Андерсоном при изучении следов в камере Вильсона, оставленных

космических лучей, позволивший «открыть» позитрон.

o Цепочка распадов пион-мюон-электрон (пи-мю-е) в результате аннигиляции антипротонов

π → µ →

e, наблюдаемая в эксперименте PS 179 в ЦЕРН, Женева, в 1983 году.

Последовательность действий была запланирована для учащихся старших классов или на вводных курсах физики

и протестирована примерно на 100 старшеклассниках. Студенты работали в группах по четыре

и выполнили последовательность за два занятия по три часа. Они использовали учебные пособия и рабочие листы

, разработанные для руководства своей работой и сбора данных о своих идеях, предсказаниях, экспериментальных результатах,

и интерпретациях.Далее кратко описываются действия и приводятся примеры результатов

, полученных студентами.

Сила Лоренца — Оксфордская стипендия

Страница из

НАПЕЧАТАНО ИЗ ОНЛАЙН-СТИПЕНДИИ ОКСФОРДА (oxford.universitypressscholarship.com). (c) Авторские права Oxford University Press, 2021. Все права защищены. Отдельный пользователь может распечатать одну главу монографии в формате PDF в OSO для личного использования. дата: 14 октября 2021 г.

Глава:

(п.281) 11 Сила Лоренца

Источник:

Относительность в современной физике

Автор (ы):

Натали Деруэль

Жан-Филипп Узан

Издатель:

Oxford University Press

/9780198786399.003.0029

В этой главе изучается теория Максвелла путем определения электромагнитного потенциала и поля, а также силы, оказываемой внешним полем на частицу, несущую электрический заряд.В теории Максвелла фундаментальной математической величиной, представляющей электромагнитные явления, является поле ковариантных векторов (или поле 1-форм), электромагнитный потенциал с компонентами A _μ ( X ^ν ) в заданная инерциальная система координат с координатами Минковского X ^ν . Величина, полученная из потенциала, играет центральную роль, потому что именно эта величина, а не сам потенциал, непосредственно представляет наблюдаемые явления.Кроме того, в этой главе интегрируется уравнение движения для случаев равномерного прямолинейного и кругового движения. Он следует четырехмерному подходу, который, будучи более эффективным и прозрачным, также может давать основные результаты в 3-векторной нотации.

Ключевые слова: Теория Максвелла, сила Лоренца, электромагнитный потенциал, электромагнитное поле, электромагнитные явления, вращение Лоренца, электрический заряд

Для получения доступа к полному тексту книг в рамках службы для получения стипендии

Oxford Online требуется подписка или покупка.Однако публичные пользователи могут свободно искать на сайте и просматривать аннотации и ключевые слова для каждой книги и главы.

Пожалуйста, подпишитесь или войдите для доступа к полному тексту.

Если вы считаете, что у вас должен быть доступ к этой книге, обратитесь к своему библиотекарю.

Для устранения неполадок, пожалуйста, проверьте наш FAQs , и если вы не можете найти там ответ, пожалуйста связаться с нами .

Электричество и магнетизм — магнитные силы

Магнитные силы

Конечно, поля велики и все такое, но именно способность поля выполнять работу делает их интересными. Магнето был бы намного менее интересным суперзлодеем, если бы магнитные поля не могли создавать силы («Смотри! Я создаю невидимые вещи, которые ничего не делают! Дрожат от страха, смертные люди!»).

Гравитация. Электрические поля. У них обоих есть сильные силы, связанные с ними, и — к счастью для физики, но в меньшей степени для Людей Икс — также с магнитным полем.Однако, подобно тому, как гравитация действует только на предметы, обладающие массой, а электрические поля действуют только на предметы, обладающие зарядом, магнитные поля действуют только на другие магниты. Однако помните, что магнит не обязательно должен быть большой красно-белой подковой. Любой движущийся заряд или ток создает магнитное поле и, следовательно, подвергается действию магнитных сил.

Магнитная сила определяется по закону силы Лоренца . Сила Лоренца — это сила, воспринимаемая зарядом q , движущимся со скоростью v в магнитном поле B , и определяется по формуле:

F _b = qvB sinθ

θ — величина угол между траекторией заряда и направлением силовых линий магнитного поля.Заряд, движущийся перпендикулярно магнитному полю, почувствует свою полную силу (sin 90º = 1), но заряд, движущийся параллельно полю, вообще ничего не почувствует (sin 0º = 0).

Мы можем распространить это и на токоведущие провода. Провод длиной l в магнитном поле B будет ощущать силу, зависящую от величины тока (то есть движущегося заряда) в проводе:

F _b = lIB sin θ

F _b указывает в направлении, определенном правилом правой руки № 2 .Укажите указательным пальцем в направлении движения заряда (либо в направлении v , либо в направлении I ), укажите средним пальцем в направлении B и поднимите большой палец вверх. Ваш большой палец теперь указывает в направлении F _b , и Сискель и Эберт будут гордиться этим.

Когда мы объединяем силу Лоренца с кулоновской силой, мы получаем полное описание электромагнитных сил, действующих на заряженную частицу:

F = F _e + F _b = qE + qvB sinθ

Общие ошибки

Правило правой руки может быть… непослушный. Помните, что I ndex палец предназначен для тока (I для I ), M холостой палец предназначен для магнитного поля M , и ваш большой палец является результатом.

Brain Snack

Чтобы вы не подумали, что магнитная сила бледнеет по сравнению с другими силами, о которых мы говорили, мы представляем исследования ВМС США в области магнитных пушек, называемых рельсотронами.

Лекция 6: Закон силы Лоренца

Лекция 6: Закон силы Лоренца | CosmoLearning Физика

Очистка кеша…

Кэш очищен

В вашем браузере отключен JavaScript! Мы настоятельно рекомендуем вам включить JavaScript в вашем браузере, чтобы правильно просматривать эту страницу и в полной мере использовать ее возможности.

Информация об авторских правах: Все права принадлежат проф.Леонард Сасскинд, Стэнфордский университет.

Еще нет оценок

Еще нет оценок

№

Просмотры: 1501
Дата добавления: 4 января 2015 г.

Описание лекции

После обзора обозначений Эйнштейна и Минковского и введения в тензоры профессор Засскинд выводит закон релятивистской силы Лоренца из лагранжиана для частицы в векторном поле.В конце лекции он представляет четыре фундаментальных принципа, применимых ко всей современной физике: стационарное действие, локальность, лоренц-инвариантность, калибровочная инвариантность.

Темы: Обзор системы обозначений Эйнштейна и Минковского; Введение в тензоры и тензорные обозначения; Вывод закона силы Лоренца; Основные принципы физических законов.

Указатель курса

Описание курса

В 1905 году, когда Альберту было всего двадцать шесть лет, он опубликовал «Об электродинамике движущихся тел» и эффективно распространил классические законы относительности на все законы физики, даже на электродинамику.В этом курсе мы внимательно рассмотрим специальную теорию относительности, а также классическую теорию поля. Рассматриваемые здесь концепции будут включать четырехмерное пространство-время, электромагнитные поля и уравнения Максвелла.

ускорителей силы Лоренца (LFA) | Лаборатория электродвижения и динамики плазмы

---

Мотивация

Обещание достижения высокой плотности тяги в сочетании с высоким удельным импульсом является мотивацией исследований в области литиевых и аргоновых ускорителей силы Лоренца (LiLFA и ALFA соответственно).Комбинация этих характеристик двигателя позволяет использовать преимущества электрической тяги в миссиях, требующих короткого времени в пути, таких как пилотируемые полеты на Марс и за его пределами. LFA обеспечивает более высокую плотность тяги, чем любая летающая в настоящее время электрическая силовая установка, и реально ограничена только величиной доступной мощности.

Одним предложением: мы хотим отправить людей на Марс, но не хотим тратить много денег.

Рис. 1. Обжиг LiLFA 7 мая 2015 г. Рис. 2 — Стрельба по системе ALFA 12 сентября 2017 г.

---

Механизмы создания тяги

LiLFA — это тип магнитоплазмодинамического двигателя с прикладным полем (AF-MPDT), использующий литий в качестве топлива, поскольку литий имеет несколько преимуществ по сравнению с более традиционными ракетными топливами, такими как ксенон, криптон или аргон.Литий имеет более низкий первый потенциал ионизации (5,4 эВ), чем обычно используемое топливо (12,1 эВ для ксенона), что означает, что большая мощность может быть направлена ​​на создание тяги вместо ионизации. Кроме того, он имеет высокий второй потенциал ионизации по сравнению с другими порохами (75,6 эВ по сравнению с 21,0 для ксенона), что снижает потери в замороженном потоке. Литий также имеет преимущество уменьшения работы выхода вольфрама (материала, из которого сделан катод) с 4,5 до 2,1 эВ, когда барий используется в качестве добавки, уменьшая эрозию и увеличивая срок службы нашего двигателя малой тяги.

ALFA использует пропеллент аргон, который уступает литию по всем ранее перечисленным причинам, но имеет то преимущество в лаборатории, что он значительно менее опасен и требует много времени для проведения испытаний. Этот двигатель является новым для лаборатории по состоянию на 2017 год, и более подробная информация о нем приведена в разделе «Текущие исследования» ниже.

Существует три основных механизма создания тяги, каждый из которых описан ниже.

1. Компонент собственного поля

В простейшей конфигурации MPDT работают в так называемом режиме собственного поля, который проиллюстрирован на рисунке 3. В этой конфигурации тяга создается перекрестным произведением тока, проходящего в радиальном направлении от анода к центральному катоду, и магнитного поля, создаваемого этим током, проходящим через катод, что приводит к осевой силе.

Хотя самополевые MPDT являются простейшими по конструкции, для них требуются уровни мощности в мегаваттах, которые выходят за рамки возможностей любых современных источников питания космического базирования.2 \), где \ (J \) — ток через электроды, а \ (b \) — геометрический масштабный коэффициент.

Рисунок 3 — Схема SF-MPDT с кольцевым анодом и центральным катодом. Ток показан красным, магнитное поле — синим, а произведение двух — фиолетовым.
2. Компонент прикладного поля

Перекрестное произведение тока между электродами с осевым расходящимся магнитным полем приводит к силе, которая закручивает плазму.Механизм, с помощью которого это вихревое движение создает тягу, является областью активных исследований здесь, в EPPDyL. Общая идея состоит в том, что закрученное движение заряженных частиц через расширяющиеся силовые линии магнитного поля приводит к преобразованию кинетической энергии перпендикулярно силовым линиям в параллельную кинетическую энергию из-за адиабатических инвариантов.

Экспериментально показано, что составляющая тяги приложенного поля равна \ (T_ {AF} = kJB_Ar_a \), где \ (k \) — постоянная, \ (B_A \) — напряженность приложенного магнитного поля, а \ (r_a \) — эффективный радиус анода.

Рисунок 4 — Схема AF-MPDT с кольцевым анодом и центральным катодом. Приложенное магнитное поле создается соленоидом, обернутым вокруг двигателя малой тяги. Ток показан красным, приложенное магнитное поле — синим, а скрещенное произведение двух — фиолетовым.
3. Компонент холодного газа
Поскольку мы расширяем газ через сопло, возникает также тяга, которая зависит от нашего массового расхода (\ (\ dot {m} \)), газодинамического давления (\ (P \)) и площади, на которой это давление толкает (\ (A \)).Компонент тяги холодного газа определяется выражением \ (T_ {CG} = c_s \ dot {m} + PA \), где \ (c_s \) — скорость звука пороха.

---

Текущие исследования

Исследования LiLFA в настоящее время проводятся по следующим темам:

• Датчик динамического сопротивления.

Новый зонд, зонд динамического сопротивления (DRP), был создан и впервые успешно испытан (май 2015 г.) для измерения скорости осаждения лития.Дальнейшие испытания покажут, достаточно ли чувствителен этот зонд для измерения скорости осаждения перед двигателем малой тяги, когда прилипание топлива к космическому кораблю является проблемой.

• Измерения тяги.

Новая диагностика для измерения тяги, изолирующая составляющую силы на соленоиде, была встроена в существующий упор. Это поможет выявить механизм, посредством которого приложенное поле генерирует тягу, обеспечивая целевое измерение эффективного радиуса анода \ (r_a \), описанного в предыдущем разделе.Новая упорная стойка показана на рисунке 5.

Рисунок 5 — Стенд упорного элемента прикладного поля. Все движущиеся части показаны синим цветом. Когда на соленоид действует сила, он отклоняется. Это движение измеряется и калибруется по известной силе.
• ALFA.

Мы начали тестовую кампанию для ALFA, построенного весной 2017 года. На рис. 6 показан графитовый анод, контур которого соответствует топологии магнитного поля.На рис. 7 представлен разрез собранного подруливающего устройства. На рис. 8 показано подруливающее устройство в полностью собранном виде.

Рисунок 6 — Графитовый анод ALFA. Рис. 7 — ALFA в разрезе. Рисунок 8 — ALFA в сборе.

---

Услуги

EPPDyL в настоящее время (2016 г.) единственный объект с действующим LiLFA.В настоящее время в нашей лаборатории есть две экспериментальные модели LiLFA. Открытая тепловая трубка LiLFA (OHP-LiLFA), спроектированная и изготовленная Thermacore Inc. и EPPDyL, и рабочая лошадка нынешнего этапа наших исследований, 30 кВт MAI-LiLFA, спроектированная и изготовленная в Московском авиационном институте.

Мы запускаем двигатели в вакуумной камере из литий-стойкой стали, изображенной на рисунке 9. Камера активно охлаждается из-за высоких температур, достигаемых во время работы.{-4} \) Режим торра с использованием аргона. Мы достигаем этого давления, используя комбинацию насоса грубой очистки, нагнетателя Рутса и диффузионного насоса.

Рисунок 9 — Вакуумный аппарат, вмещающий LiLFA в EPPDyL.

Литий загружается в резервуар для топлива с помощью нашего перчаточного ящика, изображенного на рисунке 10, который заполнен аргоном, чтобы предотвратить любое загрязнение лития в результате реакции с воздухом.

Рисунок 10 — Перчаточный ящик для работы с литием.

У нас также есть соответствующая огнестойкая и химически стойкая одежда, а также система дыхания с подачей воздуха для очистки загрязненной камеры после обжига литием. Некоторое из этого оборудования показано на Рисунке 11.

Рис. 11 — Очистка вакуумной камеры после обжига LiLFA.

Наука, лежащая в основе оружия «Водитель Лоренца» в Destiny 2

В пятнадцатом сезоне Destiny 2, Season of the Lost, игроки могут заработать новое оружие экзотического уровня, пройдя сезонный абонемент — Драйвер Лоренца.Эта новая линейная термоядерная винтовка может выглядеть как еще одно научно-фантастическое оружие, основанное на невероятной энергии и нелепых технологиях. На этот раз это не обязательно так, поскольку механизм и название драйвера Лоренца коренятся в реальной науке. Вот как это оружие разрушает свою интерпретацию силы Лоренца.

Итак, во-первых, мы должны взглянуть на силу, в честь которой названо это оружие, силу Лоренца. Первоначально разработанная на основе полного вывода Хендрика Лоренца в 1895 году, сила Лоренца представляет собой комбинацию электрических и магнитных сил, действующих на заряженную частицу из-за электромагнитных полей.Эта заряженная частица будет чувствовать силу, создаваемую магнитным полем, только если она движется с составляющей своей скорости, перпендикулярной полю. Если он движется параллельно магнитному полю, на него не действует сила. Частицы или отдельная частица, управляемые этой силой, подвергаются влиянию Руководящего центра, в котором все окружающие частицы ориентируются по направлению к этой точке в пространстве.

Сумма этих двух сил создает силу, которую мы называем силой Лоренца. Эта концепция позволяет функционировать практически всей современной электронике; динамики, компьютеры и даже рельсотроны — все они используют идею силы Лоренца как главную основу того, как они справляются с электричеством и магнетизмом.Ускорители элементарных частиц и циклотроны особенно используют силу Лоренца из-за их круглой формы и того, как сила умножает скорости заряженных частиц, позволяя им сталкиваться и создавать новые элементы.

Экспериментальный пример силы Лоренца. (Изображение предоставлено Марцином Бялеком)

Глядя на то, как работает оружие Драйвер Лоренца, мы можем разбить компоненты механики и то, как они связаны с самой силой Лоренца. Винтовка Linear Fusion во вселенной Destiny — это оружие, излучающее сверхконцентрированный луч элементарной энергии за один выстрел, что очень похоже на снайперскую винтовку, но с гораздо большей проникающей способностью.

Драйвер Лоренца — это оружие пустотного элемента, которое в преданиях Судьбы описывается как энергия «отсутствия» или «вакуума», где энергии могут быть сведены на нет. Когда игроки совершают «Прецизионное убийство» или выстрел в голову, по цели образуется небольшая черная дыра, которая привлекает ближайших врагов, а затем извергается взрывом энергии пустоты. Произвольно выбранные цели также будут выделены системой прицела оружия, и на них будет выпадать небольшая золотая метка, называемая фрагментом данных телеметрии. Когда игроки поднимают три из этих меток, они получают бафф, известный как Lagrangian Sight.

Когда сингулярность образуется из Precision Kill, это, по сути, «Руководящий центр» силы Лоренца, заряжающей частицу и притягивающей предметы, находящиеся рядом с ней, к общему выравниванию. Поскольку энергия оружия пуста, и при использовании оно обычно производит эффект вакуума, то факт, что близлежащие объекты имеют тенденцию разрушаться под действием энергии пустоты, имеет смысл.

(Изображение предоставлено Bungie)

Пока активен бафф Lagrangian Sight, Драйвер Лоренца будет наносить больше урона, и каждое убийство, точное или нет, вызовет образование сингулярностей.Согласно записи об оружии из внутриигровой документации , винтовка, возможно, была построена наугад инопланетной расой, известной как Падшие, или Эликсни, из «частей, не относящихся к оружию».

Применение к оружию основ силы Лоренца позволяет легко увидеть, как все это работает. Основные функции оружия аналогичны реальным рельсотронам, типу пушки, в которой используется магнетизм и большое количество электричества для приведения снаряда в движение на высоких скоростях с использованием электромагнитных направляющих.Сила Лоренца применяется к тому, как метательный снаряд приводится в движение, путем приложения заряда к лучу энергии.

Когда срабатывает лагранжевый прицел оружия, он использует основу лагранжевой механики, которая увеличивает мощность и точность оружия. Когда лагранжиан применяется к механизмам оружия, он взаимодействует с потенциальной энергией оружия и повышает его точность, чтобы найти вектор в пространстве, что объясняет, почему сингулярности образуются при любом убийстве, а не при точном убийстве.

В то время как во вселенной Destiny вооружение и энергия продиктованы собственными знаниями игры и концепциями того, как все работает, ясно, что команда авторов Bungie проделала домашнюю работу над этим.