Дія магнітного поля на рухомий електричний заряд. Сила Ампера і сила Лоренца
Силова дія магнітного поля на провідник зі струмом визначається відповідно до емпіричного закону Ампера (1820р.):
(2.50)
де 
- кут, утворений векторами 
Сила Ампера FA діє на провідник зі струмом в магнітному полі. Вона є результатом дії магнітного поля на рухомі електричні заряди, котрі створюють даний електричний струм 
Сила 
яка діє на окремий рухомий заряд, називається силою Лоренца і може бути визначена із співвідношення:
де 
- загальна кількість вільних носіїв заряду в провіднику. Враховуючи, що 
отримаємо вираз для сили Лоренца, що діє з боку магнітного поля на окремий електричний заряд до, який рухається зі швидкістю 
(2.51)
де 
- кут між векторами 
Напрям сили Лоренца визначається, як і напрям сили Ампера, за правилом свердлика і залежить від знаку заряда (мал. 2.20). Оскільки сила Лоренца перпендикулярна до площини, в якій лежать вектори v і В, то ця сила надає частинці доцентрового прискорення. Припустимо, що заряджена частинка 
влітає з швидкістю 
в однорідне магнітне поле В перпендикулярно до силових ліній, тоді відповідно до другого закону Ньютона
(2.52)
Звідси 
- радіус кола, по якому рухається частинка.
Період обертання
(2.53)
Мал. 2.20.
Період обертання не залежить від швидкості (справедливе для швидкостей 
), але залежить від величини магнітної індукції В та питомого заряду частинки 
Ця особливість має широке практичне використання. У багатьох системах (осцилограф, телевізор, електронний мікроскоп, прискорювач) управління електронами чи іншими зарядженими частинками здійснюють, діючи на них електричними і магнітними полями. Результуюча сила в цьому випадку дорівнює
(2.54)
де 
- так званий векторний добуток 
Це вектор,
модуль якого дорівнює 
де 
- кут між цими векторами, а напрям визначається за правилом свердлика.
Сила Лоренца є причиною виникнення ефекту Холла. Ефектом Холла називають появу поперечної різниці потенціалів, що виникає у провіднику зі струмом, внесеному у магнітне поле, вектор індукції якого перпендикулярний до напрямку струму. Розглянемо деякі застосування описаних вище явищ.
Mac-спектрографія. Для визначення питомого заряду і маси іонів використовують сумісну дію електричного і магнітного полів. Прилади, призначені для точних вимірювань питомих зарядів (а значить, і мас) ізотопів хімічних елементів, а також їхнього вмісту в складних речовинах, називають мас-спектрографами і мас-спектрометрами. Атоми чи молекули досліджуваної речовини попередньо іонізуються, а потім за допомогою електричного та магнітного полів сортуються та реєструються окремо залежно від їхнього питомого заряду q/m. Це є дуже важливим, зокрема, для визначення молекулярних механізмів хімічних і біологічних реакцій.
Електромагнітні вимірювачі швидкості крові. Для вимірювання швидкості крові в судинах системи кровообігу розроблено чимало методів. Один із них базується на дії магнітного поля на рухомі заряди. Кров містить значну кількість електричних зарядів: концентрація іонів 
Якщо артерію діаметром 
помістити між полюсами магніту, то на одновалентні іони діятиме сила Лоренца 
Під її впливом іони різних знаків рухатимуться до протилежних стінок артерії і створять вздовж вертикалі різницю потенціалів 
тобто електричне поле з напруженістю 
(ефект Холла). Концентрація зарядів на протилежних стінках артерії зростатиме, поки сила 
створюваного ними поля, не компенсує силу Лоренца. З рівності 
можна знайти швидкість руху іонів, а значить і крові:
(2.55)
Отже, швидкість руху крові пропорційна напрузі (різниці потенціалів при ефекті Холла), яка виникає впоперек артерії, якщо внести її в магнітне поле.
Дата добавления: 2015-06-22; просмотров: 1743;