Back to Index

SIŁA LORENTZA.

DEFINICJA POLA MAGNETYCZNEGO B.

PRZEWODNIK W POLU B.

PĘTLA W POLU B.

* Siła Lorentza

* Siła działająca na przewodnik z prądem

* Moment siły działający na pętlę z prądem w polu magnetycznym

Pole magnetyczne B zachowuje się w stosunku do ładunku zupełnie odmiennie od tego, co obserwowaliśmy dla pola elektrycznego E. Przede wszystkim pole B nie reaguje na spoczywający ładunek. Kiedy jednak ładunek porusza się w polu B, wtedy pojawia się siła, która jest wyrażona wzorem, który może być traktowany jako definicja pola B:

Widać zatem, że w polu B pojawia się siła prostopadła tak do kierunku wektora prędkości v ładunku jak i kierunku wektora B. Można to przedstawić na schemacie:

Na schemacie q jest ładunkiem dodatnim!

Jednostki pola B mogą być wyprowadzone z równania Lorentza. Tak więc w układzie SI jednostką B jest 1 tesla (1T). W układzie cgs jednostką pola jest gauss (1 G). 1T = 10⁴ G.

Ruch ładunku w polu B jest przedstawiony w animacji

Dla porównania pokazano animację ruchu jednocześnie ładunku dodatniego i ujemnego.

Gdy pole B obejmuje odpowiednio duży obszar, to ładunek q poruszający się prostopadle do kierunku wektora B ustabilizuje swój ruch na torze kołowym. Kiedy jednak wektor v ma składową równoległą do wektora B wtedy torem ładunku będzie helisa, jak pokazano na animacji

Siła działająca na przewodnik z prądem wynika z działania siły Lorentza na poruszające się nośniki ładunku, elektrony lub jony. Jeżeli w odcinku przewodnika o długości l, jak na rysunku

porusza się sumaryczny ładunek Q, wtedy siła F działająca na ten odcinek wynosi

Iloraz Q/t jest wartością płynącego prądu I i w konsekwencji siłą działającą na odcinek z prądem wyrazimy wzorem

Aby uwzględnić zależność siły F od kąta między wektorem B a osią odcinka, długości odcinka l nadaliśmy cechy wektora.

W metalu pod działaniem różnicy potencjałów poruszają się tylko elektrony; jony metalu pozostają nieruchome w sieci krystalicznej. W roztworach elektrolitów ruchome są tak aniony, jak i kationy.

Moment siły działający na pętlę z prądem w polu magnetycznym (np. na zwój drutu w uzwojeniu silnika elektrycznego) jest także określony przez siłę Lorentza. Jeżeli pętla (oznaczona na schemacie na czerwono ) może się obracać wokół osi prostopadłej do pola B i przewodzi prąd I, wtedy pojawiają się dwie niezróważone siły F działające na boki ramki równoległe do osi obrotu.

Moment tych sił M wynosi

czyli

Definiujemy wektor momentu magnetycznego pętli

Teraz moment skręcający możemy zapisać w postaci

Te siły, które działają na elementy pętli prostopadłe do osi obrotu, są przeciwnie skierowane i znoszą się nawzajem.

Back to Index