Siła Lorentza — ruch ładunku w polu magnetycznym
Na ładunek poruszający się w polu magnetycznym działa siła Lorentza F=qvB·sinα, zawsze prostopadła do prędkości. Dlatego ładunek wpadający prostopadle do pola B porusza się po okręgu o promieniu r=mv/(qB). Siła Lorentza nie wykonuje pracy — zmienia tylko kierunek, nie wartość prędkości. Zmień v, B i q.
Dam Ci docelową siłę Lorentza — dobierz prędkość, indukcję i ładunek, by ją uzyskać. F = qvB.
Co się właśnie stało?
Ładunek wleciał prostopadle w pole magnetyczne i zamiast lecieć prosto, zakręcił w okrąg. Cały czas zakręca w tę samą stronę i wraca do punktu startu.
Siła Lorentza:
— siła działająca na ładunek poruszający się w polu magnetycznym. Jest prostopadła zarówno do prędkości , jak i do pola . Przy wejściu prostopadłym , więc .
Dlaczego tor jest kołowy?
Siła ma stałą wartość i zawsze jest zwrócona ku środkowi — to idealna siła dośrodkowa. Przyrównując ją do :
Silniejsze pole lub większy ładunek → ciaśniejszy okrąg. Większa prędkość → szerszy okrąg.
Dlaczego szybkość się nie zmienia?
Siła jest prostopadła do prędkości, więc nie wykonuje pracy — nie przyspiesza ani nie hamuje ładunku. Zmienia się tylko kierunek ruchu, a wartość prędkości pozostaje stała.
Gdzie to działa?
Cyklotron (rozpędza cząstki po spirali), zorza polarna (naładowane cząstki wiatru słonecznego wpadają w pole Ziemi), dawna lampa kineskopowa (odchylanie strumienia elektronów).
Po co Ci to na maturze:
Dwa wzory — i — rozwiązują większość zadań o ruchu ładunku w polu magnetycznym. Chwyt: siła Lorentza jest dośrodkowa, więc porównaj i wyznacz szukaną wielkość.
Zapamiętaj: ładunek wpadający prostopadle do pola B krąży po okręgu , a jego szybkość się nie zmienia — siła Lorentza tylko zakręca.
Teoria i wzory
Siła Lorentza
Na ładunek poruszający się w polu magnetycznym działa siła: Jest zawsze prostopadła do prędkości i do pola. Dla ruchu prostopadłego do () ma wartość .
Ruch po okręgu
Prostopadła do prędkości siła pełni rolę dośrodkowej (), więc ładunek krąży po okręgu o promieniu:
Brak pracy
Siła Lorentza jest prostopadła do przesunięcia, więc nie wykonuje pracy — zmienia kierunek, nie wartość prędkości. Zastosowania: cyklotrony, zorza polarna, spektrometry masowe.
Oznaczenia: — siła Lorentza, — ładunek, — prędkość, — indukcja pola, — kąt między a , — masa, — promień okręgu.
Uczysz? Umieść ten eksperyment na swojej stronie.
Darmowy widget — wklej na stronę szkoły, bloga lub notatki. Linkuje do pełnej wersji.
Najczęstsze pytania
›Co to siła Lorentza?
Siła F=qvB·sinα działająca na ładunek poruszający się w polu magnetycznym, prostopadła do prędkości i do pola.
›Czemu tor jest kołowy?
Bo siła Lorentza jest stale prostopadła do prędkości i pełni rolę siły dośrodkowej (qvB=mv²/r), zakrzywiając tor w okrąg.
›Gdzie to działa?
W cyklotronach i akceleratorach, w powstawaniu zorzy polarnej, w kineskopach i spektrometrach masowych.