Действие магнитного поля на движущийся электрический заряд

1. Сила Лоренца

Сила, с которой магнитное поле действует на движущийся заряд, называется силой Лоренца.

Её модуль определяется формулой:

где:

•  — сила (Н),
•  — заряд частицы (Кл),
•  — скорость частицы (м/с),
•  — магнитная индукция (Тл),
•  — угол между скоростью и линиями магнитного поля.

2. Физический смысл

Сила Лоренца:

• действует только на движущиеся заряды;

• всегда перпендикулярна скорости частицы;

• не изменяет модуль скорости, а только её направление.

Это означает, что магнитное поле не совершает работу, а изменяет траекторию движения.

3. Направление силы

Направление силы определяется правилом левой руки (для положительного заряда):

• линии магнитного поля входят в ладонь;

• пальцы направлены по скорости частицы;

• большой палец показывает направление силы.

Для отрицательного заряда (электрона) направление силы противоположно.

Наглядная схема силы Лоренца

На схеме показано:

• направление скорости частицы;

• линии магнитного поля;

• направление силы Лоренца;

• изменение траектории.

4. Движение заряда в магнитном поле

В зависимости от направления скорости возможны разные траектории:

1. Перпендикулярно полю ()

• частица движется по окружности;
• сила играет роль центростремительной:

Отсюда радиус:

​

2. Под углом к полю

• траектория — спираль (винтовая линия).

3. Вдоль поля ()

• сила равна нулю;

• частица движется прямолинейно.

5. Применение

1. Масс-спектрометры
   Определяют массу частиц по радиусу их движения.

2. Циклотроны и ускорители
   Ускоряют заряженные частицы.

3. Телевизоры и мониторы (старые)
   Электронный луч отклоняется магнитным полем.

4. Космос
   Заряженные частицы движутся вдоль магнитного поля Земли (полярные сияния).

6. Связь с силой Ампера

Сила Ампера — это результат действия силы Лоренца на множество движущихся зарядов в проводнике.

7. Значение темы

Понимание силы Лоренца позволяет:

• объяснять движение частиц;

• рассчитывать траектории;

• понимать работу электронных приборов;

• изучать физику плазмы и космоса.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое сила Лоренца?

2. От каких величин она зависит?

3. Как определить её направление?

4. Почему магнитное поле не совершает работу?

5. Как движется частица перпендикулярно полю?

6. Что происходит при движении под углом?

7. Где применяется действие силы Лоренца?