Lorentzova síla je kombinací magnetické a elektrické síly na bodový náboj, který je způsoben elektromagnetickými poli. Nebo jinými slovy, Lorentzova síla je síla působící na jakoukoli nabitou částici, která padá v magnetickém poli určitou rychlostí. Jeho hodnota závisí na velikosti magnetické indukce В, elektrický náboj částice q a rychlost, s jakou částice padá v poli – V. O tom, jaký vzorec pro výpočet Lorentzovy síly, stejně jako její praktický význam ve fyzice, čtěte dále.
Trocha historie
První pokusy popsat elektromagnetickou sílu byly učiněny již v 1784. století. Vědci Henry Cavendish a Tobias Meyer navrhli, že síla na magnetických pólech a elektricky nabitých objektech se řídí zákonem obrácené čtverce. Experimentální důkaz této skutečnosti však nebyl úplný a přesvědčivý. Teprve v roce XNUMX Charles Augustin de Coulomb s pomocí své torzní rovnováhy dokázal tuto domněnku konečně prokázat.
V roce 1820 fyzik Oersted objevil skutečnost, že na magnetickou střelku kompasu působí voltový proud a Andre-Marie Ampère ve stejném roce dokázal vyvinout vzorec pro úhlovou závislost mezi dvěma proudovými prvky. Ve skutečnosti se tyto objevy staly základem moderního pojetí elektrických a magnetických polí. Samotný koncept byl dále rozvinut v teoriích Michaela Faradaya, zejména v jeho konceptu siločar. Lord Kelvin a James Maxwell doplnili Faradayovy teorie podrobnými matematickými popisy. Maxwell vytvořil zejména tzv. „rovnici Maxwellova pole“ – což je systém diferenciálních a integrálních rovnic, které popisují elektromagnetické pole a jeho vztah k elektrickým nábojům a proudům ve vakuu a spojitých médiích.
J. J. Thompson byl prvním fyzikem, který se pokusil odvodit z Maxwellovy rovnice pole elektromagnetickou sílu, která působí na pohybující se nabitý objekt. V roce 1881 zveřejnil svůj vzorec F = q/2 vx B. Ale kvůli některým chybným výpočtům a neúplnému popisu posuvného proudu se ukázalo, že není zcela správný.
A nakonec v roce 1895 holandský vědec Hendrik Lorenz odvodil správný vzorec, který se používá dodnes a také nese jeho jméno, stejně jako síla, která působí na letící částici v magnetickém poli, se dnes nazývá „Lorentzova síla“ .
Vzorec
Vzorec pro výpočet Lorentzovy síly je následující:
Kde q je elektrický náboj částice, V je její rychlost a B je velikost magnetické indukce magnetického pole.
V tomto případě pole B působí jako síla kolmá na směr vektoru rychlosti V zatížení a směr vektoru B. To lze znázornit na diagramu:
pravidlo levé ruky
Pravidlo levé ruky umožňuje fyzikům určit směr a návrat vektoru magnetické (elektrodynamické) energie. Představte si, že naše levá ruka je umístěna tak, že linie magnetického pole směřují kolmo k vnitřnímu povrchu ruky (takže pronikají dovnitř ruky) a všechny prsty kromě palce směřují ve směru kladného toku proudu ukazuje vychýlený palec směr elektrodynamické síly působící na kladný náboj umístěný v tomto poli.
Takto by to vypadalo schematicky.
Existuje také druhý způsob, jak určit směr elektromagnetické síly. Spočívá v umístění palce, ukazováčku a prostředníčku v pravém úhlu. V tomto případě bude ukazováček ukazovat směr magnetických siločar, prostředníček směr toku proudu a palec směr elektrodynamické síly.
Praktická aplikace
Lorentzova síla a její výpočty mají své praktické uplatnění jak při tvorbě speciálních vědeckých přístrojů – hmotnostních spektrometrů, které slouží k identifikaci atomů a molekul, tak při tvorbě mnoha dalších zařízení nejrůznějších aplikací. Zařízení zahrnují elektrické motory, reproduktory a železniční děla.
Také schopnost Lawrenceovy síly spojit mechanické přemístění s elektrickým proudem je pro lékařskou akustiku velmi zajímavá.
Doporučená četba a užitečné odkazy
- Bolotovský B.M. Oliver Heaviside. – Moskva: Nauka, 1985. – S. 43-44. — 260 str.
- Matveev A. N. Mechanika a teorie relativity. – 3. vyd. – Vyšší škola M. 1976. – S. 132.
Video
Autor: Pavel Čajka, šéfredaktor časopisu Poznavayka
Při psaní článku jsem se snažil, aby byl co nejzajímavější, nejužitečnější a nejkvalitnější. Budu vděčný za jakoukoliv zpětnou vazbu a konstruktivní kritiku ve formě komentářů k článku. Také mi můžete napsat své přání/dotaz/návrh na můj mail pavelchaika19[email protected] nebo Facebook, s respektem k autorovi.
