الفيزياء قوة لورنتز

قوة لورنتز ، القوة المبذولة على سؤال الجسيمات المشحونة يتحرك بسرعة ضد من خلال الكهربائي E والمجال المغنطيسي B. القوة الكهرومغناطيسية كلها F يسمى على الجسيمات المشحونة قوة لورنتز (بعد الفيزيائي الهولندي هندريك لورنتز A.) وتعطى من قبل F = ف E + ف ت × B.

المصطلح الأول يساهم به المجال الكهربائي. المصطلح الثاني هو القوة المغناطيسية وله اتجاه عمودي على كل من السرعة والمجال المغناطيسي. القوة المغناطيسية تتناسب ف وحجم ناقلات عبر المنتج الخامس × B. من حيث الزاوية ϕ بين v و B ، فإن حجم القوة يساوي qvB sin ϕ. نتيجة مثيرة للاهتمام لقوة Lorentz هي حركة الجسيمات المشحونة في مجال مغناطيسي موحد. إذا كانت v متعامدة على B (أي ، بزاوية ϕ بين v و B90 °) ، يتبع الجسيم مسارًا دائريًا بنصف قطر r = mv / qB. إذا كانت الزاوية ϕ أقل من 90 درجة ، فسيكون مدار الجسيم حلزونًا بمحور موازٍ لخطوط المجال. إذا كانت ϕ تساوي صفر ، فلن تكون هناك قوة مغناطيسية على الجسيم ، والتي ستستمر في التحرك دون انحراف على طول خطوط المجال. تستغل مسرعات الجسيمات المشحونة مثل السيكلوترونات حقيقة أن الجسيمات تتحرك في مدار دائري عندما تكون v و B بزاوية قائمة. لكل ثورة ، يعطي المجال الكهربائي الموقوت بعناية الجسيمات طاقة حركية إضافية ، مما يجعلها تسافر في مدارات أكبر بشكل متزايد. عندما تكتسب الجسيمات الطاقة المطلوبة ، يتم استخراجها واستخدامها بعدة طرق مختلفة ، من الدراسات الأساسية لخصائص المادة إلى العلاج الطبي للسرطان.

تكشف القوة المغناطيسية الموجودة على شحنة متحركة علامة حاملات الشحن في الموصل. يمكن أن يكون التيار المتدفق من اليمين إلى اليسار في الموصل ناتجًا عن حاملات الشحن الموجبة التي تنتقل من اليمين إلى اليسار أو الشحنات السلبية تتحرك من اليسار إلى اليمين ، أو مزيج من كل منهما. عندما يتم وضع موصل في مجال B متعامد مع التيار ، تكون القوة المغناطيسية على كلا النوعين من ناقلات الشحن في نفس الاتجاه. تؤدي هذه القوة إلى اختلاف طفيف محتمل بين جانبي الموصل. هذه الظاهرة (التي اكتشفها الفيزيائي الأمريكي إدوين هـ. هول) المعروفة بتأثير هول ، تنتج عندما يتم محاذاة المجال الكهربائي مع اتجاه القوة المغناطيسية. يظهر تأثير القاعة أن الإلكترونات تهيمن على توصيل الكهرباء بالنحاس. في الزنك ، ومع ذلك ، تهيمن حركة حاملات الشحنة الموجبة على التوصيل. الإلكترونات في الزنك المستثارة من نطاق التكافؤ تترك ثقوبًا ، وهي وظائف شاغرة (أي مستويات غير معبأة) تتصرف مثل حاملات الشحنة الموجبة. تمثل حركة هذه الثقوب معظم توصيل الكهرباء في الزنك.

إذا تم وضع سلك بتيار i في مجال مغناطيسي خارجي B ، فكيف تعتمد القوة على السلك على اتجاه السلك؟ بما أن التيار يمثل حركة الشحنات في السلك ، فإن قوة Lorentz تعمل على الشحنات المتحركة. نظرًا لأن هذه الشحنات مرتبطة بالموصل ، يتم نقل القوى المغناطيسية الموجودة على الشحنات المتحركة إلى السلك. تعتمد القوة على طول صغير d l من السلك على اتجاه السلك فيما يتعلق بالمجال. يُعطى حجم القوة بواسطة id lB sin ϕ ، حيث ϕ هي الزاوية بين B و d l. لا توجد قوة عندما ϕ = 0 أو 180 درجة ، وكلاهما يتوافق مع التيار على طول اتجاه موازٍ للحقل. تكون القوة عند الحد الأقصى عندما يكون التيار والميدان متعامدين مع بعضهما البعض. ونظرا لقوة BYD F = معرف ل × B.

مرة أخرى، والمنتج عبر ناقلات يدل على عمودي الاتجاه إلى كل من د ل و B.