Manyetik alan formülünde Lorentz kuvveti. Lorentz kuvveti

EĞİTİM VE BİLİM BAKANLIĞI

RUSYA FEDERASYONU

FEDERAL DEVLET BÜTÇE EĞİTİM KURUMU YÜKSEK MESLEKİ EĞİTİM

"KURGAN DEVLET ÜNİVERSİTESİ"

SOYUT

"Fizik" Konusunda Konu: "Lorentz kuvvetinin uygulanması"

Tamamlayan: T-10915 grubunun öğrencisi Logunova M.V.

Öğretmen Vorontsov B.S.

Kurgan 2016

Giriş 3

1. Lorentz kuvvetinin kullanımı 4

1.1. Elektron ışın cihazları 4

1.2 Kütle spektrometrisi 5

1.3 MHD jeneratörü 7

1.4 Siklotron 8

Sonuç 10

Referanslar 11

giriiş

Lorentz kuvveti- klasik (kuantum olmayan) elektrodinamiğe göre elektromanyetik alanın nokta yüklü bir parçacık üzerinde etki ettiği kuvvet. Bazen Lorentz kuvvetine, hızla hareket eden bir nesneye etki eden kuvvet denir. υ şarj Q yalnızca manyetik alanın yanından, sıklıkla tam güç- elektrik tarafından manyetik alan genel olarak, başka bir deyişle, elektrik yönünden e manyetik olmayan B alanlar.

Uluslararası Birim Sisteminde (SI) şu şekilde ifade edilir:

F L = Qυ B günah α

Adını 1892 yılında bu kuvvet için bir ifade türeten Hollandalı fizikçi Hendrik Lorentz'den almıştır. Doğru ifadeyi Lorenz'den üç yıl önce O. Heaviside.

Lorentz kuvvetinin makroskobik tezahürü Amper kuvvetidir.

Lorentz kuvvetini kullanma

Manyetik alanın hareketli yüklü parçacıklar üzerinde uyguladığı etki, teknolojide çok yaygın olarak kullanılmaktadır.

Lorentz kuvvetinin ana uygulaması (daha doğrusu özel durumu - Amper kuvveti) elektrikli makinelerdir (elektrik motorları ve jeneratörler). Lorentz kuvveti, yüklü parçacıkları (elektronlar ve bazen iyonlar) etkilemek için elektronik cihazlarda, örneğin televizyonda yaygın olarak kullanılır. katot ışın tüpleri, V kütle spektrometresi Ve MHD jeneratörleri.

Ayrıca şu anda oluşturulan deneysel tesisler Kontrollü bir termonükleer reaksiyon gerçekleştirmek için, manyetik alanın plazma üzerindeki etkisi, onu çalışma odasının duvarlarına temas etmeyen bir kordon halinde bükmek için kullanılır. Yüklü parçacıkların düzgün bir manyetik alanda dairesel hareketi ve bu hareket periyodunun parçacık hızından bağımsızlığı, yüklü parçacıkların döngüsel hızlandırıcılarında kullanılır - siklotronlar.

1. Elektron ışın cihazları

Elektron ışın cihazları (EBD) - vakum sınıfı elektronik cihazlar Hem yoğunluk (akım) hem de uzaydaki konum açısından kontrol edilen ve sabit bir uzaysal hedef (ekran) ile etkileşime giren, tek bir ışın veya bir ışın demeti şeklinde yoğunlaşan bir elektron akışının kullanıldığı, cihaz. ELP'nin ana uygulama alanı, optik bilginin elektrik sinyallerine dönüştürülmesi ve elektrik sinyalinin optik bir sinyale, örneğin görünür bir televizyon görüntüsüne ters dönüştürülmesidir.

Katot ışını cihazları sınıfı, X ışını tüplerini, fotoselleri, fotoçoğaltıcıları, gaz boşaltma cihazlarını (dekatronlar) ve alıcı ve yükseltici elektron tüplerini (ışın tetrodeleri, elektrikli vakum göstergeleri, ikincil emisyonlu lambalar vb.) içermez. akımların ışın şekli.

Bir elektron ışını cihazı en az üç ana bölümden oluşur:

Elektronik bir spot ışığı (tabanca) bir elektron ışını (veya bir ışın ışını, örneğin renkli bir resim tüpündeki üç ışın) oluşturur ve yoğunluğunu (akımı) kontrol eder;

Saptırma sistemi, ışının uzaysal konumunu (spot ışığının ekseninden sapması) kontrol eder;

Alıcı ELP'nin hedefi (ekranı), ışının enerjisini ışık akışına dönüştürür görünür görüntü;

Cihazın genel prensipleri.

CRT silindirinde derin bir vakum oluşturulur. Elektron ışını oluşturmak için elektron tabancası adı verilen bir cihaz kullanılır. Filament tarafından ısıtılan katot elektron yayar. Kontrol elektrodundaki (modülatör) voltajı değiştirerek elektron ışınının yoğunluğunu ve buna bağlı olarak görüntünün parlaklığını değiştirebilirsiniz. Tabancayı terk ettikten sonra elektronlar anot tarafından hızlandırılır. Daha sonra ışın, ışının yönünü değiştirebilen bir saptırma sisteminden geçer. Televizyon CRT'leri, geniş sapma açıları sağladığı için manyetik bir sapma sistemi kullanır. Osilografik CRT'ler daha yüksek performans sağladığı için elektrostatik bir saptırma sistemi kullanır. Elektron ışını fosforla kaplı bir ekrana çarpıyor. Elektronların bombardımanına uğrayan fosfor parlıyor ve hızla hareket eden değişken parlaklıktaki bir nokta, ekranda bir görüntü yaratıyor.

Lorentz kuvveti aynı zamanda yüklü parçacıkları belirli yüklerine göre ayırmak için tasarlanmış kütle spektrografları adı verilen cihazlarda da kullanılır.(kütle spektroskopisi, kütle spektrografisi, kütle spektral analizi, kütle spektrometrik analizi) - ilgilenilen örnek bileşenlerin iyonizasyonu sırasında oluşan iyonların kütle-yük oranının belirlenmesine dayanan bir maddeyi incelemek için bir yöntem. Maddelerin niteliksel olarak tanımlanmasının en güçlü yollarından biri, aynı zamanda niceliksel belirlemeye de olanak tanır. Kütle spektrometrisinin bir numunedeki moleküllerin “tartılması” olduğunu söyleyebiliriz.

En basit kütle spektrografının diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir.

Havanın boşaltıldığı 1. odada bir iyon kaynağı 3 bulunmaktadır. Oda, her noktasında B⃗B→ indüksiyonunun çizim düzlemine dik ve bize doğru yönlendirildiği düzgün bir manyetik alan içine yerleştirilmiştir. (Şekil 1'de bu alan dairelerle gösterilmiştir). Kaynaktan yayılan iyonların hızlandırıldığı ve belirli bir hızda indüksiyon hatlarına dik manyetik alana girdiği A ve B elektrotları arasına hızlandırıcı bir voltaj uygulanır. Manyetik bir alanda dairesel bir yay boyunca hareket eden iyonlar, fotoğraf plakası 2'ye düşer, bu da bu yayın yarıçapının R belirlenmesini mümkün kılar. Formüle göre manyetik alan indüksiyonunu B ve iyonların hızını υ bilmek

(1)

İyonların spesifik yükü belirlenebilir. İyonun yükü biliniyorsa kütlesi hesaplanabilir.

Kütle spektrometresinin tarihi, 20. yüzyılın başında J. J. Thomson'un ufuk açıcı deneylerine kadar uzanır. Yöntemin adındaki "-metri" eki, fotoğraf plakaları kullanılarak yüklü parçacıkların tespit edilmesinden iyon akımlarının elektriksel ölçümlerine yaygın geçişin ardından ortaya çıktı.

Kütle spektrometrisi, hem nispeten basit hem de karmaşık moleküllerin güvenilir bir şekilde tanımlanmasını sağladığından, özellikle organik maddelerin analizinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Tek genel gereklilik molekülün iyonlaşabilir olmasıdır. Ancak şimdiye kadar icat edildi

Numune bileşenlerini iyonize etmenin o kadar çok yolu vardır ki, kütle spektrometrisi neredeyse her şeyi kapsayan bir yöntem olarak kabul edilebilir.

3 MHD jeneratör

Bir MHD jeneratörünün çalışma prensibi, geleneksel bir makine jeneratörü gibi, elektromanyetik indüksiyon olgusuna, yani manyetik alan çizgilerini geçen bir iletkende akımın oluşmasına dayanır. Makine jeneratörlerinin aksine, MHD jeneratöründeki iletken, çalışma sıvısının kendisidir.

Çalışma sıvısı manyetik alan boyunca hareket eder ve manyetik alanın etkisi altında, zıt işaretli yük taşıyıcılarının zıt yönlü akışları ortaya çıkar.

Lorentz kuvveti yüklü bir parçacığa etki eder.

Aşağıdaki ortamlar MHD jeneratörünün çalışma sıvısı olarak görev yapabilir:

İlk MHD jeneratörleri çalışma sıvısı olarak elektriksel olarak iletken sıvılar (elektrolitler) kullanıyordu. Şu anda, yük taşıyıcılarının esas olarak serbest elektronlar ve pozitif iyonlar olduğu plazma kullanılmaktadır. Manyetik alanın etkisi altında yük taşıyıcıları, alanın yokluğunda gazın hareket edeceği yörüngeden sapar. Bu durumda, güçlü bir manyetik alanda, manyetik alana dik bir düzlemde yüklü parçacıkların çarpışmaları ve yer değiştirmeleri sonucu oluşan bir elektrik alanı olan bir Hall alanı ortaya çıkabilir (Hall etkisine bakın).

4 Siklotron

Bir siklotron, parçacıkların sabit ve düzgün bir manyetik alanda hareket ettiği ve bunları hızlandırmak için sabit frekanslı yüksek frekanslı bir elektrik alanının kullanıldığı, göreceli olmayan ağır yüklü parçacıkların (protonlar, iyonlar) rezonanslı bir döngüsel hızlandırıcısıdır.

Siklotronun devre şeması Şekil 3'te gösterilmektedir. Ağır yüklü parçacıklar (protonlar, iyonlar), odanın merkezine yakın bir enjektörden odaya girer ve hızlandırıcı elektrotlara uygulanan sabit frekanslı alternatif bir alanla hızlandırılır (bunlardan iki tane vardır ve bunlara dee denir). Yükü Ze ve kütlesi m olan parçacıklar, parçacıkların hareket düzlemine dik olarak yönlendirilen, B yoğunluğundaki sabit bir manyetik alanda, çözülen bir spiral şeklinde hareket eder. V hızına sahip bir parçacığın yörüngesinin yarıçapı R, formülle belirlenir.

burada γ = -1/2 göreceli faktördür.

(2)

Spiralin son dönüşünde, ışının dışarı çıkmasına neden olan saptırıcı bir elektrik alanı açılır. Manyetik alanın sabitliği ve hızlanan alanın frekansı, sürekli hızlanmayı mümkün kılar. Bazı parçacıklar spiralin dış dönüşleri boyunca hareket ederken, diğerleri yolun ortasındadır ve diğerleri de henüz hareket etmeye başlamaktadır.

Siklotronun dezavantajı, parçacıkların esas olarak göreceli olmayan enerjileri ile sınırlandırılmasıdır, çünkü çok büyük olmayan göreceli düzeltmeler bile (γ'nın birlikten sapmaları) farklı dönüşlerdeki ivmenin senkronizasyonunu bozar ve önemli ölçüde artan enerjilere sahip parçacıkların artık hızlanma zamanları yoktur. hızlanma için gerekli elektrik alanının fazındaki deeler arasındaki boşluğa düşer. Geleneksel siklotronlarda protonlar 20-25 MeV'ye kadar hızlandırılabilir.

Ağır parçacıkları çözülen bir sarmal modda onlarca kat daha yüksek enerjilere (1000 MeV'ye kadar) hızlandırmak için, siklotronun bir modifikasyonu olarak adlandırıldı. eşzamanlı(göreceli) siklotron ve ayrıca bir fazotron. Eşzamanlı siklotronlarda göreceli etkiler, manyetik alandaki radyal bir artışla telafi edilir.

Çözüm

Gizli metin

Yazılı sonuç (ilk bölümün tüm alt paragrafları için en temel olanı - çalışma ilkeleri, tanımlar)

Kullanılmış literatür listesi

Vikipedi [ Elektronik kaynak]: Lorentz kuvveti. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Lorentz_Force

Wikipedia [Elektronik kaynak]: Manyetohidrodinamik jeneratör. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Magnetohidrodinamik_generator

Vikipedi [Elektronik kaynak]: Elektron ışını cihazları. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Electron-beam_devices

Vikipedi [Elektronik kaynak]: Kütle spektrometresi.

URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Kütle spektrometresi

İnternette nükleer fizik [Elektronik kaynak]: Cyclotron. URL: http://nuclphys.sinp.msu.ru/experiment/accelerators/ciclotron.htm

Akademisyen [Elektronik kaynak]: Manyetohidrodinamik jeneratör //URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/MAGNETOHYDRODYNAMIC

Manyetik alanın hareketli yüklü parçacıklar üzerinde uyguladığı etki, teknolojide çok yaygın olarak kullanılmaktadır.

Örneğin, televizyon resim tüplerinde bir elektron ışınının saptırılması, özel bobinler tarafından oluşturulan bir manyetik alan kullanılarak gerçekleştirilir. Bir dizi elektronik cihaz, yüklü parçacıkların ışınlarını odaklamak için manyetik alan kullanır.

Kontrollü uygulanması için şu anda oluşturulan deneysel tesislerde termonükleer reaksiyon Manyetik alanın plazma üzerindeki etkisi, onu çalışma odasının duvarlarına temas etmeyecek bir kabloya bükmek için kullanılır. Yüklü parçacıkların düzgün bir manyetik alanda dairesel hareketi ve bu hareket periyodunun parçacık hızından bağımsızlığı, yüklü parçacıkların döngüsel hızlandırıcılarında kullanılır - siklotronlar.

Lorentz kuvveti aynı zamanda adı verilen cihazlarda da kullanılır. kütle spektrografları Yüklü parçacıkları özel yüklerine göre ayırmak için tasarlanmışlardır.

En basit kütle spektrografının diyagramı Şekil 1'de gösterilmektedir.

Havanın dışarı pompalandığı oda 1'de, bir iyon kaynağı 3 bulunmaktadır. Oda, her noktasında indüksiyonun \(~\vec B\) düzlemine dik olduğu düzgün bir manyetik alan içine yerleştirilmiştir. çizim ve bize doğru yönlendirilmiş (Şekil 1'de bu alan dairelerle gösterilmiştir) . Kaynaktan yayılan iyonların hızlandırıldığı ve belirli bir hızda indüksiyon hatlarına dik manyetik alana girdiği A ve B elektrotları arasına hızlandırıcı bir voltaj uygulanır. Manyetik bir alanda dairesel bir yay boyunca hareket eden iyonlar, fotoğraf plakası 2'ye düşer, bu da yarıçapın belirlenmesini mümkün kılar R bu yay. Manyetik alan indüksiyonunu bilmek İÇİNDE ve hız υ formüle göre iyonlar

\(~\frac q m = \frac (v)(RB)\)

İyonların spesifik yükü belirlenebilir. İyonun yükü biliniyorsa kütlesi hesaplanabilir.

Edebiyat

Aksenovich L. A. Fizik lise: Teori. Atamalar. Testler: Ders Kitabı. Genel eğitim veren kurumlar için ödenek. çevre, eğitim / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - S. 328.

Diğer tüm parmaklara göre avuç içi ile aynı düzlemdedir.

Avucunuzun bir arada tuttuğunuz dört parmağının işaret ettiğini hayal edin yön Pozitif ise yükün hareket hızı veya hızın tersi yön eğer şarj edilirse.

Kuvvet Lorenz sıfıra eşit olabilir ve vektör bileşeni olmayabilir. Bu, yüklü bir parçacığın yörüngesi manyetik alan çizgilerine paralel olduğunda meydana gelir. Bu durumda parçacık düz yol hareket ve sürekli. Kuvvet Lorenz parçacığın hareketini hiçbir şekilde etkilemez çünkü bu durumda tamamen yoktur.

tam olarak basit durum Yüklü bir parçacık, manyetik alan çizgilerine dik bir hareket yörüngesine sahiptir. O zaman güç Lorenz yaratır merkezcil ivme yüklü parçacığı bir daire içinde hareket etmeye zorlar.

lütfen aklınızda bulundurun

Lorentz kuvveti 1892 yılında Hollandalı fizikçi Hendrik Lorentz tarafından keşfedildi. Bugün, eylemi hareketli elektronların yörüngesine bağlı olan çeşitli elektrikli cihazlarda oldukça sık kullanılmaktadır. Örneğin bunlar televizyon ve monitörlerdeki katot ışın tüpleridir. Yüklü parçacıkları Lorentz kuvvetini kullanarak muazzam hızlara çıkaran her türlü hızlandırıcı, onların hareketinin yörüngesini belirliyor.

Faydalı tavsiyeler

Lorentz kuvvetinin özel bir durumu Amper kuvvetidir. Yönü sol el kuralı kullanılarak hesaplanır.

Kaynaklar:

• Lorentz kuvveti
• Lorentz kuvveti sol el kuralı

Yolun farklı kısımlarında vücudun hızının dengesiz olması, bir yerde daha hızlı ve bir yerde daha yavaş olması oldukça mantıklı ve anlaşılır. Bir cismin zaman içindeki hızındaki değişiklikleri ölçmek için "kavramı" hızlanma". Altında hızlanma m, hızdaki değişikliğin meydana geldiği belirli bir süre boyunca bir vücut nesnesinin hareket hızındaki değişimi ifade eder.

İhtiyacın olacak

• Bir nesnenin farklı zaman dilimlerinde farklı alanlardaki hareket hızını bilir.

Talimatlar

Düzgün ivme için ivmenin belirlenmesi.
Bu tür hareket, bir nesnenin eşit zamanlarda aynı değerde hızlanacağı şekildedir. t1 hareket anlarından birinde hareketi v1 olsun ve t2 anında hız v2 olacaktır. Daha sonra nesne şu formül kullanılarak hesaplanabilir:
a = (v2-v1)/(t2-t1)

Manyetik indüksiyon vektör miktarı ve bu nedenle mutlak değere ek olarak karakterize edilir yön. Onu bulmak için kutupları bulmalısın kalıcı mıknatıs veya manyetik alanı oluşturan akımın yönü.

İhtiyacın olacak

• - referans mıknatısı;
• - mevcut kaynak;
• - sağ burgu;
• - doğrudan iletken;
• - bobin, tel dönüşü, solenoid.

Talimatlar

manyetik tümevarım. Bunu yapmak için onu ve direği bulun. Genellikle mıknatıs vardır mavi, ve güneydeki ¬– . Mıknatısın kutupları bilinmiyorsa, bir referans mıknatısı alın ve kuzey kutbunu bilinmeyene yakın tutun. Referans mıknatısın kuzey kutbuna çekilen uç, alan indüksiyonu ölçülen mıknatısın kutbu olacaktır. çizgiler manyetik tümevarım dışarı çıkmak kuzey kutbu ve dahil edilir Güney Kutbu. Her noktada vektör çizgi gider teğet çizgisi yönünde.

Vektörün yönünü belirleme manyetik tümevarım düz iletken akım ile. Akım kaynağın pozitif kutbundan negatif kutbuna doğru akar. Saat yönünde döndürüldüğünde vidalanan bir jilet alın, buna doğru denir. İletkendeki akımın aktığı yönde vidalamaya başlayın. Kolun döndürülmesi kapalı dairesel çizgilerin yönünü gösterecektir manyetik tümevarım. Vektör manyetik tümevarım bu durumda daireye teğet olacaktır.

Akım taşıyan bobinin manyetik alanının yönünü bulun veya . Bunu yapmak için iletkeni bir akım kaynağına bağlayın. Sağdaki jileti alın ve sapını, akım kaynağının pozitif kutbundan negatif kutbuna doğru dönüşlerden akan akımın yönünde çevirin. İleri hareket gimlet çubuğu yönü gösterecektir elektrik hatları manyetik alan. Örneğin, bir jiletin sapı akım yönünde saat yönünün tersine (sola doğru) ise, o zaman vidaları gevşeterek kademeli olarak gözlemciye doğru hareket eder. Bu nedenle manyetik alanlar da gözlemciye doğru yönlendirilir. Bir sarımın, bobinin veya solenoidin içindeki manyetik alan çizgileri düzdür ve vektörle yön ve mutlak değerde çakışır manyetik tümevarım.

Faydalı tavsiyeler

Sağ taraftaki bir jilet olarak, şişeleri açmak için normal bir tirbuşon kullanabilirsiniz.

Bir iletken manyetik alanda hareket ettirildiğinde alan çizgilerini geçtiğinde indüksiyon meydana gelir. İndüksiyon şu şekilde belirlenebilen bir yön ile karakterize edilir: belirlenmiş kurallar.

İhtiyacın olacak

• - manyetik alanda akımı olan iletken;
• - burgu veya vida;
• - manyetik alanda akıma sahip solenoid;

Talimatlar

Tümevarım yönünü bulmak için ikisinden birini kullanmalısınız: jilet kuralı veya kuralı sağ el. Birincisi esas olarak düz tel taşıma akımı içindir. Sağ el kuralı akımla beslenen bobin veya solenoid için geçerlidir.

Gimlet kuralını kullanarak indüksiyonun yönünü bulmak için telin polaritesini belirleyin. Akım her zaman pozitif kutuptan negatif kutba doğru akar. Akım taşıyan tel boyunca bir jilet veya vida yerleştirin: jiletin ucu negatif kutbu, tutma kolu da pozitif kutbu işaret etmelidir. Burguyu veya vidayı sanki büküyormuş gibi döndürmeye başlayın. Ortaya çıkan indüksiyon, akımla beslenen telin etrafında kapalı daireler şeklindedir. İndüksiyon yönü, burgu sapının veya vida başının dönme yönü ile çakışacaktır.

Sağ el kuralı şunu söylüyor:
Bobini veya solenoidi sağ elinizin avuç içine, dört parmağınız dönüşlerde akım akışı yönünde uzanacak şekilde alırsanız, o zaman baş parmak, yana ayarlı, indüksiyonun yönünü gösterecektir.

Sağ eli kullanarak indüksiyonun yönünü belirlemek için, avuç içi pozitifin üzerinde olacak ve elin dört parmağı dönüşlerde akım yönünde olacak şekilde akımlı bir solenoid veya bobin almak gerekir: küçük parmak pozitife daha yakındır ve işaret parmağıİle . Baş parmağınızı yan tarafa koyun (sanki "") işareti gösteriyormuş gibi. Başparmağın yönü indüksiyonun yönünü gösterecektir.

Konuyla ilgili video

lütfen aklınızda bulundurun

İletkendeki akımın yönü değiştirilirse, o zaman jiletin vidaları sökülmeli, yani saat yönünün tersine döndürülmelidir. İndüksiyonun yönü aynı zamanda burgu sapının dönme yönü ile de çakışacaktır.

Faydalı tavsiyeler

Bir jiletin veya vidanın dönüşünü zihinsel olarak hayal ederek indüksiyonun yönünü belirleyebilirsiniz. Elinizde olması gerekmiyor.

Kaynaklar:

• Elektromanyetik indüksiyon

İndüksiyon çizgileri manyetik alan çizgileri olarak anlaşılmaktadır. Bu tür konular hakkında bilgi edinmek için sadece bilgi sahibi olmak yeterli değildir. mutlak değerİndüksiyon, onun yönünü bilmeniz gerekir. İndüksiyon hatlarının yönü özel aletler veya kurallar kullanılarak bulunabilir.

İhtiyacın olacak

• - düz ve dairesel iletken;
• - kaynak DC;
• - kalıcı mıknatıs.

Talimatlar

DC kaynağına düz bir iletken bağlayın. İçinden bir akım akarsa, kuvvet çizgileri eşmerkezli daireler olan bir manyetik alana sahiptir. Kuralı kullanarak alan çizgilerinin yönünü belirleyin. Sağdaki burgu, döndürüldüğünde ilerleyen bir vidadır sağ taraf(saat yönünde).

Kaynağın pozitif kutbundan negatif kutbuna doğru aktığı göz önüne alındığında, iletkendeki akımın yönünü belirleyin. Vida çubuğunu iletkene paralel yerleştirin. Çubuk akım yönünde hareket etmeye başlayacak şekilde döndürmeye başlayın. Bu durumda kolun dönüş yönü manyetik alan çizgilerinin yönünü gösterecektir.

Ampere'nin gücüyle birlikte, Coulomb etkileşimi, elektromanyetik alanlar Fizikte Lorentz kuvveti kavramına sıklıkla rastlanır. Bu fenomen, elektrik mühendisliği ve elektronikte ve diğerlerinde temel olanlardan biridir. Manyetik alanda hareket eden yükleri etkiler. Bu yazımızda Lorentz kuvvetinin ne olduğunu ve nerelere uygulandığını kısaca ve net bir şekilde inceleyeceğiz.

Tanım

Elektronlar bir iletken boyunca hareket ettiğinde çevresinde manyetik bir alan oluşur. Aynı zamanda, bir iletkeni enine manyetik alana yerleştirip hareket ettirirseniz, EMF elektromanyetik indüksiyon. Manyetik alanda bulunan bir iletkenden bir akım akarsa, Amper kuvveti ona etki eder.

Değeri akan akıma, iletkenin uzunluğuna, manyetik indüksiyon vektörünün büyüklüğüne ve manyetik alan çizgileri ile iletken arasındaki açının sinüsüne bağlıdır. Aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanır:

Söz konusu kuvvet kısmen yukarıda tartışılana benzer, ancak bir iletkene değil, manyetik alanda hareket eden yüklü bir parçacığa etki eder. Formül şuna benzer:

Önemli! Lorentz kuvveti (Fl), manyetik alanda hareket eden bir elektrona ve bir iletken - Amper'e etki eder.

İki formülden, hem birinci hem de ikinci durumda, alfa açısının sinüsü 90 dereceye ne kadar yakın olursa, sırasıyla Fa veya Fl'nin iletken veya yük üzerindeki etkisi o kadar büyük olur.

Yani, Lorentz kuvveti hızdaki değişimi değil, manyetik alanın yüklü bir elektron veya pozitif iyon. Fl bunlara maruz kaldığında herhangi bir iş yapmaz. Buna göre değişen şey yüklü parçacığın büyüklüğü değil hızının yönüdür.

Lorentz kuvvetinin ölçü birimi olarak fizikteki diğer kuvvetlerde olduğu gibi Newton gibi bir büyüklük kullanılır. Bileşenleri:

Lorentz kuvveti nasıl yönlendirilir?

Ampere kuvvetinde olduğu gibi Lorentz kuvvetinin yönünü belirlemek için sol el kuralı işe yarar. Bu, Fl değerinin nereye yönlendirildiğini anlamak için sol elinizin ayasını, manyetik indüksiyon çizgilerinin elinize girecek şekilde açmanız gerektiği ve uzatılmış dört parmağın hız vektörünün yönünü göstermesi gerektiği anlamına gelir. Daha sonra avuç içine dik açıyla bükülmüş olan başparmak, Lorentz kuvvetinin yönünü gösterir. Aşağıdaki resimde yönün nasıl belirleneceğini görebilirsiniz.

Dikkat! Lorentz hareketinin yönü parçacığın hareketine ve manyetik indüksiyon çizgilerine diktir.

Bu durumda daha doğrusu, pozitif ve negatif yüklü parçacıklar için açılmış dört parmağın yönü önemlidir. Yukarıda açıklanan sol el kuralı şu şekilde formüle edilmiştir: pozitif parçacık. Negatif yüklüyse, manyetik indüksiyon çizgileri açık avuç içine değil sırtına doğru yönlendirilmelidir ve Fl vektörünün yönü ters olacaktır.

Şimdi anlatacağız basit kelimelerle, bu olgunun bize neler kazandırdığı ve suçlamalar üzerinde gerçek etkisinin ne olduğu. Elektronun bir düzlemde hareket ettiğini varsayalım. yöne dik manyetik indüksiyon hatları. Fl'nin hızı etkilemediğini, sadece parçacığın hareketinin yönünü değiştirdiğini daha önce belirtmiştik. O zaman Lorentz kuvvetinin merkezcil etkisi olacaktır. Bu, aşağıdaki şekilde yansıtılmıştır.

Başvuru

Lorentz kuvvetinin kullanıldığı tüm alanlar arasında en büyüğü, parçacıkların dünyanın manyetik alanındaki hareketidir. Gezegenimizi büyük bir mıknatıs olarak düşünürsek, kuzeye yakın konumdaki parçacıklar manyetik kutuplar, spiral şeklinde hızlandırılmış bir hareket yapın. Sonuç olarak atomlarla çarpışırlar. üst katmanlar atmosfer ve kuzey ışıklarını görüyoruz.

Ancak bu olgunun geçerli olduğu başka durumlar da vardır. Örneğin:

• Katot ışın tüpleri. Elektromanyetik saptırma sistemlerinde. CRT'ler 50 yılı aşkın süredir en basit osiloskoptan televizyonlara kadar çeşitli cihazlarda arka arkaya kullanılmaktadır. farklı formlar ve boyutları. Renk üretimi ve grafiklerle çalışma söz konusu olduğunda bazılarının hala CRT monitör kullanması ilginçtir.
• Elektrik makineleri – jeneratörler ve motorlar. Her ne kadar Ampere kuvvetinin burada hareket etme olasılığı daha yüksek olsa da. Ancak bu miktarlar bitişik olarak kabul edilebilir. Ancak bunlar, çalışma sırasında birçok fiziksel olgunun etkisinin gözlendiği karmaşık cihazlardır.
• Yörüngelerini ve yönlerini ayarlamak için yüklü parçacıkların hızlandırıcılarında.

Çözüm

Bu makalenin dört ana noktasını basit bir dille özetleyip özetleyelim:

1. Lorentz kuvveti manyetik alanda hareket eden yüklü parçacıklara etki eder. Bu temel formülden kaynaklanmaktadır.
2. Yüklü parçacığın hızı ve manyetik indüksiyonla doğru orantılıdır.
3. Parçacık hızını etkilemez.
4. Parçacığın yönünü etkiler.

“Elektrik” alanlarında rolü oldukça büyüktür. Uzman ana konuyu gözden kaçırmamalı teorik bilgi temel hakkında fiziksel yasalar. Bu bilgi, ilgilenenler için olduğu kadar yararlı olacaktır. bilimsel çalışma, tasarım ve sadece genel gelişim için.

Artık Lorentz kuvvetinin ne olduğunu, neye eşit olduğunu ve yüklü parçacıklara nasıl etki ettiğini biliyorsunuz. Herhangi bir sorunuz varsa, makalenin altındaki yorumlarda onlara sorun!

Malzemeler