Сила Лоренца. Законы Лоренца и Ампера

 
1.Сила Лоренца.
Так как электрический ток представляет собой 
упорядоченное движение зарядов, то действие магнитного поля на проводник с 
током есть результат его действия на отдельные движущиеся заряды. 
Силу, действующую со стороны магнитного поля на движущиеся в нем заряды, 
называют силой Лоренца. 
Из закона Ампера (1) следует, что сила Лоренца определяется соотношением:
где 
q
-величина движущегося заряда; 
V
-модуль его скорости;
B
- модуль вектора индукции магнитного поля; 
ɑ
- угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции. 
Рис. 1. 
Направление вектора 
F
л
определяется по правилу левой руки: 
четыре пальца по направлению скорости движения положительного заряда 
V
; 
перпендикулярная скорости составляющая вектора индукции входит в ладонь; 
отогнутый большой палец дает направление силы Лоренца 
F
л
(см. рис. 1). 
в векторной форме

---

5 
Если частица имеет отрицательный заряд, то направление силы Лоренца 
противоположное. 
Поскольку сила Лоренца направлена под углом 90° к скорости движения 
заряженной частицы в каждой точке траектории, то работа силы Лоренца при 
движении заряженной частицы в магнитном поле равна нулю: 
Согласно теореме о кинетической энергии, изменение кинетической энергии 
этой заряженной частицы
. 
Следовательно, 
= const, т.е. кинетическая энергия частицы, 
движущейся в магнитном поле, не изменяется, а значит, заряженная частица в 
магнитном поле движется с постоянной по модулю скоростью, а направление 
скорости изменяется непрерывно.

---

6 
Действие силы Лоренца наблюдается и в природе, и во многих 
технических устройствах. Например, сила Лоренца отклоняет заряженные 
частицы, вторгающиеся из космоса и попадающие в магнитное поле Земли, к 
полярным областям, где они вызывают полярные сияния. Действие магнитного 
поля на движущиеся заряженные частицы используется для управления 
движением электронов в телевизионных трубках, в ускорителях и т.д.
В технике сила Лоренца используется очень часто: во всех двигателях и 
генераторах именно она приводит во вращение ротор под действием 
электромагнитного поля статора. Таким образом, в любых электромоторах и 
электроприводах основным видом силы является Лоренцева. Кроме того, она 
применяется в ускорителях заряженных частиц, а также в электронных пушках, 
которые раньше устанавливались в ламповых телевизорах. В кинескопе 
испускаемые пушкой электроны отклоняются под влиянием электромагнитного 
поля, что происходит при участии Лоренцевой силы. Кроме того, эта сила 
используется в масс-спектрометрии и масс-электрографии для приборов, 
способных сортировать заряженные частицы в зависимости от их удельного 
заряда (отношение заряда к массе частицы). Это позволяет с высокой 
точностью определять массу частиц. Также находит применение в других КИП, 
например, в бесконтактном способе измерения расхода электропроводящих 
жидких сред (расходомеры). Это очень актуально, если жидкая среда обладает 
очень высокой температурой (расплав металлов, стекла и др.). 
Сила Лоренца очень похожа по своему принципу на силу Ампера, разница 
заключается в том, что последняя действует на весь проводник, который в 
целом электрически нейтральный, а сила Лоренца описывает влияние 
электромагнитного поля лишь на единичный движущийся заряд.