Сила Лоренца
Магнітне поле може штовхати рухомий заряд, але лише вбік — перпендикулярно до його швидкості та до самого поля. Цей бічний поштовх ніколи не прискорює і не сповільнює заряд; він лише загинає траєкторію, закручуючи її в коло, якщо поле стало.
Формула
F = q · v · B
- F — сила (N): бічний магнітний поштовх на заряд
- q — заряд (C): кількість електричного заряду, яку несе частинка
- v — швидкість (m/s): з якою швидкістю рухається заряд, тут перпендикулярно до поля
- B — магнітне поле (T): напруженість магнітного поля, крізь яке рухається заряд
Розв'язаний приклад
Заряджена частинка з зарядом 2 кулони рухається зі швидкістю 3 метри на секунду перпендикулярно до магнітного поля 5 тесл. Яку силу вона відчуває?
- q = 2 C
- v = 3 m/s
- B = 5 T
- F = q · v · B
- F = 2 C · 3 m/s · 5 T
F = 30 N
Перевірте себе
Той самий заряд 2 кулони тепер рухається з 3 метрів на секунду крізь сильніше поле 10 тесл. Яка сила на ньому?
- 30 N
- 15 N
- Правильна відповідь: 60 N
Правильно! Подвоєння поля подвоює силу: 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N.
Додатний заряд рухається праворуч крізь магнітне поле, що напрямлене за сторінку. Куди магнітна сила його штовхає?
- Правильна відповідь: Вгору
- Вниз
- Уперед, у тому ж напрямку, куди він уже рухається
Правильно! За правилом правої руки додатний заряд, що рухається праворуч у полі за сторінку, відчуває силу, штовхаючу його вгору.
Де ви це бачите
Старий кінескопний телевізор керував своїм електронним променем магнітними полями, малюючи зображення на екрані, згинаючи траєкторії заряджених частинок тисячі разів на секунду. Північне сяйво — це та сама фізика в планетарному масштабі: заряджені частинки з Сонця рухаються по спіралі вздовж ліній магнітного поля Землі, сяючи там, де траєкторія загинається.
Поширені помилки
Ключова тонкість — магнітна сила не виконує роботи: F = q · v · B штовхає перпендикулярно до швидкості, тож вона може загнути траєкторію, але ніколи не може прискорити заряд або сповільнити його. Друга хиба — помилитися з напрямком: сила перпендикулярна і до швидкості, і до поля (права рука: пальці вздовж швидкості, зігніть їх убік поля, великий палець вздовж сили). Додатний заряд зі швидкістю 3 m/s, що перетинає поле 10 T, відчуває 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N убік.
Як це пов'язано
Струми створюють поля, а поля штовхають рухомі заряди — дві половини електромагнітної пари зі зворотним зв'язком, розділені одним уроком. Закон Фарадея, наступний, додає третій елемент: змінне поле створює напругу, яка сама собою жене струм. Цей бічний поштовх, який не змінює швидкість, — ось чому обертаються двигуни і чому заряджені частинки бігають колами в прискорювачах.