Lực Lorentz
Một từ trường có thể đẩy một điện tích chuyển động, nhưng chỉ theo phương ngang — vuông góc với cả vận tốc của nó và bản thân từ trường. Lực đẩy ngang này không bao giờ làm điện tích tăng tốc hay giảm tốc; nó chỉ bẻ cong đường đi, uốn nó thành một đường tròn nếu từ trường giữ không đổi.
Công thức
F = q · v · B
- F — lực (N): lực đẩy từ ngang trên điện tích
- q — điện tích (C): lượng điện tích mà hạt mang theo
- v — vận tốc (m/s): điện tích di chuyển nhanh như thế nào, ở đây vuông góc với từ trường
- B — từ trường (T): độ mạnh của từ trường mà điện tích di chuyển qua
Ví dụ đã giải
Một hạt mang điện với điện tích 2 coulomb di chuyển với tốc độ 3 mét trên giây, vuông góc với một từ trường 5 tesla. Nó cảm nhận lực bao nhiêu?
- 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
Tự kiểm tra
Cùng điện tích 2 coulomb giờ di chuyển ở 3 mét trên giây qua một từ trường mạnh hơn, 10 tesla. Lực trên nó là bao nhiêu?
- 30 N
- 15 N
- Đáp án đúng: 60 N
Đúng! Tăng gấp đôi từ trường tăng gấp đôi lực: 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N.
Một điện tích dương di chuyển sang phải qua một từ trường hướng vào trang giấy. Lực từ đẩy nó theo hướng nào?
- Đáp án đúng: Lên trên
- Xuống dưới
- Về phía trước, cùng hướng nó đang di chuyển
Đúng! Dùng quy tắc bàn tay phải, một điện tích dương di chuyển sang phải trong từ trường hướng vào trang giấy cảm nhận một lực đẩy nó lên trên.
Bạn thấy điều này ở đâu
Chiếc tivi CRT thời xưa lái chùm tia điện tử bằng từ trường, vẽ nên màn hình bằng cách bẻ cong các hạt mang điện hàng nghìn lần mỗi giây. Cực quang phương Bắc là cùng một vật lý đó ở quy mô hành tinh: các hạt mang điện từ mặt trời xoắn ốc dọc theo các đường sức từ của Trái Đất, phát sáng khi bị bẻ cong.
Những sai lầm phổ biến
Điểm tinh tế then chốt là lực từ không sinh công: F = q · v · B đẩy vuông góc với vận tốc, nên nó có thể bẻ cong quỹ đạo nhưng không bao giờ làm điện tích nhanh lên hay chậm đi. Nhầm hướng là sai lầm còn lại — lực vuông góc với cả vận tốc lẫn từ trường (bàn tay phải: các ngón tay chỉ theo vận tốc, cong về phía từ trường, ngón cái chỉ theo lực). Một điện tích dương chuyển động ở 3 m/s cắt qua một từ trường 10 T chịu một lực 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N theo hướng ngang.
Nó liên kết như thế nào
Dòng điện tạo ra từ trường và từ trường đẩy các điện tích chuyển động — hai nửa của cặp phản hồi điện từ, cách nhau một bài học. Định luật Faraday, bài tiếp theo, bổ sung mảnh ghép thứ ba: từ trường thay đổi tự tạo ra một hiệu điện thế tự thân kéo theo một dòng điện. Cú đẩy ngang không làm thay đổi tốc độ này chính là lý do động cơ quay và là lý do các hạt mang điện chạy vòng tròn trong máy gia tốc.