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洛伦兹力物理学

洛伦兹力物理学
洛伦兹力物理学
Anonim

洛伦兹力,施加在带电粒子q上的力以速度v通过电场E和磁场B移动。带电粒子上的整个电磁力F称为洛伦兹力(在荷兰物理学家亨德里克·洛伦兹之后),由F = q E + q v × B给出

第一项由电场贡献。第二项是磁力,其方向垂直于速度和磁场。磁力与q成正比,与矢量叉积v × B的大小成正比。根据vB之间的夹角,力的大小等于qvB sin ϕ。洛伦兹力的一个有趣结果是带电粒子在均匀磁场中的运动。如果v垂直于B(即vB之间的夹角ϕ90°),粒子将遵循半径为r = mv / qB的圆形轨迹。如果角度ϕ小于90°,​​则粒子轨道将是一个螺旋,其轴线平行于磁力线。如果ϕ为零,则粒子上将没有磁力,该磁力将继续沿磁力线未偏转地移动。带电粒子加速器(如回旋加速器)利用了这样的事实:当vB成直角时,粒子沿圆形轨道运动。对于每一转,精心计时的电场都会为粒子提供额外的动能,从而使它们在越来越大的轨道中传播。当粒子获得所需的能量时,可以从物质性质的基础研究到癌症的医学治疗等多种不同方式提取和使用它们。

移动电荷上的磁力揭示了导体中电荷载流子的迹象。导体中从右向左流动的电流可能是正电荷载流子从右向左移动或负电荷从左向右移动或每种电荷的某种组合的结果。当将导体放置在垂直于电流的B场中时,两种电荷载流子上的磁力方向相同。该力在导体的侧面之间产生小的电势差。这种现象被称为霍尔效应,当电场与磁力的方向对齐时就会导致这种现象(由美国物理学家埃德温·H·霍尔发现)。霍尔效应表明,电子主导着铜中的电传导。但是,在锌中,传导主要由正电荷载流子的运动决定。从价带激发的锌中的电子会留下空穴,这些空穴的行为类似于正电荷载流子。这些孔的运动占锌中大部分电传导的原因。

如果将具有电流i的导线放在外部磁场B中,导线上的力将如何取决于导线的方向?由于电流表示导线中电荷的运动,因此洛伦兹力作用在运动的电荷上。因为这些电荷绑定到导体,所以移动电荷上的磁力会传递到导线上。上的小的长度d的力导线的依赖于线的方向相对于所述字段。的力的大小由给定的ID LB罪φ,其中φ是之间的角度和d 。当force = 0或180°时,没有力,这两个力都对应于沿平行于磁场方向的电流。当电流和磁场相互垂直时,力最大。力由下式给出:F = id l × B

同样,矢量叉积表示垂直于dlB的方向。