Електричні і магнітні сили

як електрична і магнітна сила впливають на траєкторію руху зарядженої частинки в полі: сила Лоренца, лінії магнітного поля, рівняння, правило правої руки.

Траєкторія зарядженої частинки підпорядковується електричної і магнітної силам, але виявляють вони себе по-різному.

завдання навчання

  • Порівняти вплив обох сил на заряджену частинку.

Основні пункти

  • Сила на зарядженої частинки, створена електричним полем, направляється паралельно його вектору при позитивному знаку і антипараллельно при негативному. Вона не ґрунтується на швидкості частинки.
  • Магнітна сила виступає ортогональної вектору магнітного поля і грунтується на швидкості частинки. Для визначення спрямованості використовують правило правої руки.
  • Над зарядженої частинкою може функціонувати електричне поле, але не магнітне.
  • Сила Лоренца – комбінація обох сил.
  • На позитивних зарядах електричні лінії створюються, а закінчуються на негативних. Лінії ізольованого заряду розташовуються радіально назовні, торкаючись електричного поля.
  • Лінії магнітного поля створюються на північному полюсі і закінчуються на південному. Магнітні полюси які не перебувають в ізоляції і стосуються магнітного поля.

термін

  • Ортогональні – розташовані перпендикулярно один одному.

Електричні і магнітні сили

Заражені частинки відчувають на собі вплив електричних і магнітних сил. Але результуюче зміна траєкторії буде відрізнятися, якщо розглядати кожну окремо.

Електростатична і магнітна сили на зарядженої частинки

У статичному стабільному електричному полі сила:

F = qE (F – вектор сили, q – заряд, E – вектор електричного поля). У позитивному заряді спрямованість F ідентична E, а в негативному буде протилежною. Електричне поле можна встановити великим зарядом Q, що впливає на менший q на дистанції r:

Не забувайте, що електрична сила розташовується паралельно електричному полю. Її корекція прирівнюється до нуля:

? ? Е = 0

Виходить, що електричне поле здатне функціонувати, а заряд піде за дотичній лінією.

А ось магнітна сила на зарядженої частинки буде ортогональна до магнітного поля, тому:

F = qv ? B = qvBsin? (В – вектор магнітного поля, v – швидкість частинки, а ? – кут між магнітним полем і швидкістю частинок). Правило правої руки допоможе обчислити спрямованість F.

Переміщаються заряди відчувають вплив магнітного поля. Це одна з найбільш поширених сил. Її спрямованість виступає перпендикулярній площині і відповідає правилу правої руки. Величина пропорційна q, v, B і синусу кута між v і B

Якщо швидкість частинки вирівняється паралельно по відношенню до магнітного поля або прирівняється до нуля, то і магнітна сила досягне 0. І в цьому відмінність від електричного варіанту, де швидкість частинки ніяк не впливає на величину або спрямованість електричної сили.

Залежність від кута також призводить до того, що заряджені частинки переміщаються перпендикулярно по відношенню до ліній магнітного поля, виконуючи кругові / спіральні рухи. Варто відзначити, що магнітне поле не функціонує при круговій траєкторії, так як частинка повертається на вихідну точку:

W = ?B ? dr = 0

сила Лоренца

Передає складені електричні і магнітні сили на зарядженої частинки. Сила вираховується рівнянням:

F = q [Е + vBsin?]

Електричні і магнітні лінії

Лінії електричного поля з позитивно ізольованого заряду виглядають як послідовність радіально спрямованих ліній, встановлених назовні від заряду. Якщо ж заряд несе негативний знак, то спрямованість поля змінюється на протилежну. Завиток електричної лінії прирівнюється до 0.

Електричне поле зосереджено навколо трьох різних точкових зарядів: (а) – позитивний, (b) – негативний з рівною величиною, (с) – більший негативний заряд

Якщо активовано кілька зарядів, то лінії поля створюються на позитивних і закінчуються в негативних. У магнітах вони виникають на північному полюсі (+) і завершуються на південному (-). Але вони подорожують парами, тому завиток магнітного поля не завжди прирівнюється до нуля. Якщо у частинок є ненульовий компонент швидкості, то вони будуть обертатися навколо ліній.

На цій моделі видно два протилежні полюси: північний (+) і південний (-). Вони розділені дистанцією (d) і формують лінії

Можна створити магнітне поле струмом з лініями поля. На схемі відобразиться у вигляді концентричних кіл навколо проводить струм дроти. У будь-якій точці магнітну силу можна буде обчислити за правилом правої руки.

Ссылка на основную публикацию