Por que a história acrescenta alguns cientistas às suas páginas em letras douradas, enquanto outros são apagados sem deixar vestígios? Todo aquele que vem para a ciência é obrigado a deixar sua marca nela. É pela magnitude e profundidade desse traço que a história julga. Assim, Ampere e Lorentz deram uma contribuição inestimável para o desenvolvimento da física, que possibilitou não apenas desenvolver teorias científicas, mas também ganhou valor prático significativo. Como surgiu o telégrafo? O que são eletroímãs? Todas essas perguntas serão respondidas na lição de hoje.
Para a ciência, o conhecimento adquirido é de grande valia, podendo posteriormente encontrar sua aplicação prática. Novas descobertas não apenas expandem os horizontes de pesquisa, mas também levantam novas questões e problemas.
Vamos destacar o principal As descobertas de Ampere no campo do eletromagnetismo.
Primeiro, é a interação dos condutores com a corrente. Dois condutores paralelos com correntes são atraídos um pelo outro se as correntes neles forem codirigidas, e se repelem se as correntes neles tiverem direções opostas (Fig. 1).
Arroz. 1. Condutores com corrente
lei de Ampère lê:
A força de interação entre dois condutores paralelos é proporcional ao produto das correntes nos condutores, proporcional ao comprimento desses condutores e inversamente proporcional à distância entre eles.
Força de interação de dois condutores paralelos,
A magnitude das correntes nos condutores,
- comprimento dos condutores,
Distância entre condutores,
Constante magnética.
A descoberta desta lei permitiu introduzir nas unidades de medida a magnitude da intensidade da corrente, que até então não existia. Assim, se procedermos da definição de intensidade da corrente como a razão da quantidade de carga transferida através da seção transversal do condutor por unidade de tempo, obteremos um valor fundamentalmente imensurável, ou seja, a quantidade de carga transferida através da seção transversal do condutor. Com base nessa definição, não poderemos introduzir uma unidade de intensidade de corrente. A lei de Ampère permite estabelecer uma relação entre as magnitudes das intensidades de corrente em condutores e quantidades que podem ser medidas empiricamente: força mecânica e distância. Assim, foi possível levar em consideração a unidade de força de corrente - 1 A (1 ampere).
Corrente de um ampere - esta é uma corrente na qual dois condutores paralelos homogêneos localizados no vácuo a uma distância de um metro um do outro interagem com a força de Newton.
Lei da interação das correntes - dois condutores paralelos no vácuo, cujos diâmetros são muito menores que as distâncias entre eles, interagem com uma força que é diretamente proporcional ao produto das correntes nesses condutores e inversamente proporcional à distância entre eles.
Outra descoberta de Ampère é a lei da ação de um campo magnético em um condutor de corrente. É expresso principalmente na ação de um campo magnético em uma bobina ou espira com corrente. Assim, uma bobina condutora de corrente em um campo magnético é afetada por um momento de força que tende a girar essa bobina de tal forma que seu plano se torna perpendicular às linhas do campo magnético. O ângulo de rotação da bobina é diretamente proporcional à magnitude da corrente na bobina. Se o campo magnético externo na bobina é constante, então o valor do módulo de indução magnética também é um valor constante. A área da bobina em correntes não muito altas também pode ser considerada constante, portanto, é verdade que a força da corrente é igual ao produto do momento das forças que giram a bobina com corrente por algum valor constante sob condições inalteradas .
- força atual,
- o momento das forças que giram a bobina com a corrente.
Consequentemente, torna-se possível medir a força da corrente pelo ângulo de rotação do quadro, que é implementado no dispositivo de medição - um amperímetro (Fig. 2).
Arroz. 2. Amperímetro
Depois de descobrir a ação de um campo magnético em um condutor de corrente, Ampère percebeu que essa descoberta poderia ser usada para fazer um condutor se mover em um campo magnético. Assim, o magnetismo pode ser transformado em movimento mecânico - para criar um motor. Um dos primeiros a operar com corrente contínua foi um motor elétrico (Fig. 3), criado em 1834 pelo engenheiro elétrico russo B.S. Jacobi.
Arroz. 3. Motor
Considere um modelo simplificado do motor, que consiste em uma parte fixa com ímãs presos a ela - o estator. Dentro do estator, uma estrutura de material condutor, chamada de rotor, pode girar livremente. Para que uma corrente elétrica circule pela carcaça, ela é conectada aos terminais por meio de contatos deslizantes (Fig. 4). Se você conectar o motor a uma fonte CC em um circuito com um voltímetro, quando o circuito estiver fechado, o quadro com corrente começará a girar.
Arroz. 4. O princípio de funcionamento do motor elétrico
Em 1269, o naturalista francês Pierre de Maricourt escreveu uma obra intitulada "Carta sobre o ímã". O principal objetivo de Pierre de Maricourt era criar uma máquina de movimento perpétuo, na qual ele usaria as incríveis propriedades dos ímãs. Não se sabe o sucesso de suas tentativas, mas o certo é que Jacobi usou seu motor elétrico para impulsionar o barco, enquanto conseguiu dispersá-lo a uma velocidade de 4,5 km / h.
É necessário mencionar mais um dispositivo que funciona com base nas leis de Ampère. Ampère mostrou que uma bobina condutora de corrente se comporta como um ímã permanente. Isso significa que é possível construir eletroímã- um dispositivo cuja potência pode ser ajustada (Fig. 5).
Arroz. 5. Eletroímã
Foi Ampere quem teve a ideia de que, combinando condutores e agulhas magnéticas, você pode criar um dispositivo que transmite informações à distância.
Arroz. 6. Telégrafo elétrico
A ideia do telégrafo (Fig. 6) surgiu nos primeiros meses após a descoberta do eletromagnetismo.
No entanto, o telégrafo eletromagnético tornou-se difundido depois que Samuel Morse criou um aparelho mais conveniente e, mais importante, desenvolveu um alfabeto binário composto por pontos e traços, que é chamado de código Morse.
Com a ajuda de uma "chave Morse" que fecha o circuito elétrico, o aparelho telégrafo transmissor gera sinais elétricos curtos ou longos na linha de comunicação correspondente aos pontos ou traços do código Morse. No aparelho telegráfico receptor (instrumento de escrita), durante a passagem do sinal (corrente elétrica), o eletroímã atrai a armadura, com a qual a roda de metal de escrita ou escriba está rigidamente conectada, que deixa um rastro de tinta na fita de papel ( Fig. 7).
Arroz. 7. Esquema do telégrafo
O matemático Gauss, ao conhecer a pesquisa de Ampere, propôs a criação de uma arma original (Fig. 8), trabalhando no princípio da ação de um campo magnético sobre uma bola de ferro - um projétil.
Arroz. 8. Arma de Gauss
É preciso atentar para a época histórica em que essas descobertas foram feitas. Na primeira metade do século 19, a Europa deu trancos e barrancos ao longo do caminho da revolução industrial - foi um momento fértil para descobertas de pesquisa e sua rápida implementação na prática. Ampère, sem dúvida, contribuiu significativamente para esse processo, dando à civilização os eletroímãs, os motores elétricos e o telégrafo, que ainda são amplamente utilizados.
Vamos destacar as principais descobertas de Lorentz.
Lorentz descobriu que um campo magnético atua sobre uma partícula que se move nele, forçando-a a se mover ao longo de um arco de círculo:
A força de Lorentz é uma força centrípeta perpendicular à direção da velocidade. Em primeiro lugar, a lei descoberta por Lorentz permite determinar uma característica tão importante como a razão entre carga e massa - cobrança específica.
O valor da carga específica é um valor único para cada partícula carregada, o que permite identificá-las, seja um elétron, um próton ou qualquer outra partícula. Assim, os cientistas receberam uma poderosa ferramenta de pesquisa. Por exemplo, Rutherford conseguiu analisar a radiação radioativa e identificou seus componentes, entre os quais estão as partículas alfa - os núcleos do átomo de hélio - e as partículas beta - os elétrons.
No século XX, apareceram aceleradores, cujo trabalho se baseia no fato de que partículas carregadas são aceleradas em um campo magnético. O campo magnético curva as trajetórias das partículas (Fig. 9). A direção da curvatura do traço permite julgar o sinal da carga da partícula; medindo o raio da trajetória, pode-se determinar a velocidade de uma partícula se sua massa e carga forem conhecidas.
Arroz. 9. Curvatura da trajetória de partículas em um campo magnético
O Large Hadron Collider foi desenvolvido com base nesse princípio (Fig. 10). Graças às descobertas de Lorentz, a ciência recebeu uma ferramenta fundamentalmente nova para a pesquisa física, abrindo caminho para o mundo das partículas elementares.
Arroz. 10. Grande Colisor de Hádrons
Para caracterizar a influência de um cientista no progresso tecnológico, lembremos que a partir da expressão para a força de Lorentz é possível calcular o raio de curvatura da trajetória de uma partícula que se move em um campo magnético constante. Sob condições externas constantes, esse raio depende da massa da partícula, sua velocidade e carga. Assim, temos a oportunidade de classificar as partículas carregadas de acordo com esses parâmetros e, portanto, podemos analisar qualquer mistura. Se uma mistura de substâncias em estado gasoso for ionizada, dispersa e direcionada para um campo magnético, as partículas começarão a se mover ao longo de arcos de círculos com raios diferentes - as partículas deixarão o campo em pontos diferentes, e resta apenas corrigir esses pontos de partida, que é implementado usando uma tela revestida com fósforo, que brilha quando partículas carregadas o atingem. É exatamente assim que funciona analisador de massa(Fig. 11) . Os analisadores de massa são amplamente utilizados em física e química para analisar a composição de misturas.
Arroz. 11. Analisador de massa
Estes não são todos os dispositivos técnicos que funcionam com base nos desenvolvimentos e descobertas de Ampere e Lorentz, porque mais cedo ou mais tarde o conhecimento científico deixa de ser propriedade exclusiva dos cientistas e torna-se propriedade da civilização, enquanto se corporifica em várias técnicas dispositivos que tornam nossa vida mais confortável.
Bibliografia
- Kasyanov V.A., Física 11º ano: Livro didático. para educação geral instituições. - 4ª ed., estereótipo. - M.: Abetarda, 2004. - 416 p.: il., 8 p. col. incluindo
- Gendenstein L.E., Dick Yu.I., Physics 11. - M.: Mnemosyne.
- Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M., Física 11. - M.: Mnemosyne.
- Portal da Internet "Chip and Dip" ().
- Portal da Internet "Biblioteca da Cidade de Kyiv" ().
- Portal da Internet "Instituto de Educação a Distância" ().
Trabalho de casa
1. Kasyanov V.A., Física 11ª série: Livro didático. para educação geral instituições. - 4ª ed., estereótipo. - M.: Abetarda, 2004. - 416 p.: il., 8 p. col. inclusive, art. 88, c. 1-5.
2. Em uma câmara de nuvens, que é colocada em um campo magnético uniforme com uma indução de 1,5 T, uma partícula alfa, voando perpendicularmente às linhas de indução, deixa um traço na forma de um arco de círculo com um raio de 2,7 cm Determine o momento e a energia cinética da partícula. A massa da partícula alfa é 6,7∙10 -27 kg, e a carga é 3,2∙10 -19 C.
3. Espectrógrafo de massa. Um feixe de íons acelerado por uma diferença de potencial de 4 kV voa em um campo magnético uniforme com uma indução magnética de 80 mT perpendicular às linhas de indução magnética. O feixe consiste em dois tipos de íons com pesos moleculares de 0,02 kg/mol e 0,022 kg/mol. Todos os íons têm uma carga de 1,6 ∙ 10 -19 C. Os íons saem do campo em dois feixes (Fig. 5). Encontre a distância entre os feixes de íons que são emitidos.
4. * Usando um motor CC, levante a carga no cabo. Se o motor elétrico for desconectado da fonte de tensão e o rotor estiver em curto-circuito, a carga descerá com velocidade constante. Explique esse fenômeno. Que forma assume a energia potencial da carga?
Cargas elétricas movendo-se em uma determinada direção criam um campo magnético ao seu redor, cuja velocidade de propagação no vácuo é igual à velocidade da luz e um pouco menor em outros meios. Se o movimento da carga ocorre em um campo magnético externo, ocorre uma interação entre o campo magnético externo e o campo magnético da carga. Como a corrente elétrica é um movimento direcionado de partículas carregadas, a força que atuará em um campo magnético em um condutor portador de corrente será o resultado de forças separadas (elementares), cada uma das quais aplicada a um portador de carga elementar.
Os processos de interação entre um campo magnético externo e cargas em movimento foram estudados por G. Lorenz, que, como resultado de muitos de seus experimentos, derivou uma fórmula para calcular a força que atua sobre uma partícula carregada em movimento a partir do campo magnético. É por isso que a força que atua sobre uma carga em movimento em um campo magnético é chamada de força de Lorentz.
A força que atua no condutor pelo dreno (pela lei de Ampère) será igual a:
Por definição, a força da corrente é I \u003d qn (q é a carga, n é o número de cargas que passam pela seção transversal do condutor em 1 s). Isso implica:
Onde: n 0 - o número de cargas contidas em uma unidade de volume, V - sua velocidade de movimento, S - a área da seção transversal do condutor. Então:
Substituindo esta expressão na fórmula de Ampère, temos:
Esta força atuará sobre todas as cargas no volume do condutor: V = Sl. O número de cargas presentes em um determinado volume será igual a:
Então a expressão para a força de Lorentz ficará assim:
A partir disso, podemos concluir que a força de Lorentz que atua sobre a carga q, que se move em um campo magnético, é proporcional à carga, à indução magnética do campo externo, à velocidade de seu movimento e ao seno do ângulo entre V e B, ou seja:
A direção do movimento das cargas positivas é tomada como a direção do movimento das partículas carregadas. Portanto, a direção de uma determinada força pode ser determinada usando a regra da mão esquerda.
A força que atua sobre cargas negativas será direcionada na direção oposta.
A força de Lorentz é sempre direcionada perpendicularmente à velocidade V da carga e, portanto, não realiza trabalho. Ele apenas muda a direção de V, enquanto a energia cinética e a velocidade da carga à medida que se move em um campo magnético permanecem inalteradas.
Quando uma partícula carregada se move simultaneamente em campos magnéticos e elétricos, uma força atuará sobre ela:
Onde E é a intensidade do campo elétrico.
Considere um pequeno exemplo:
Um elétron que passou por uma diferença de potencial acelerada de 3,52∙10 3 V entra em um campo magnético uniforme perpendicular às linhas de indução. Raio de trajetória r = 2 cm, indução de campo 0,01 T. Determine a carga específica do elétron.
Carga específica é um valor igual à razão entre carga e massa, ou seja, e/m.
Em um campo magnético com indução B, uma carga se movendo a uma velocidade V perpendicular às linhas de indução é afetada pela força de Lorentz F L \u003d BeV. Sob sua ação, uma partícula carregada se moverá ao longo de um arco de círculo. Como neste caso a força de Lorentz causará aceleração centrípeta, de acordo com a 2ª lei de Newton, podemos escrever:
A energia cinética, que será igual a mV 2 /2, o elétron adquire devido ao trabalho A das forças do campo elétrico (A = eU), substituindo na equação que obtemos.
Determinando a intensidade da força magnética
Definição
Se uma carga se move em um campo magnético, então uma força ($\overrightarrow(F)$) atua sobre ela, que depende da magnitude da carga (q), da velocidade da partícula ($\overrightarrow(v)$ ) em relação ao campo magnético, e a indução dos campos magnéticos ($\overrightarrow(B)$). Esta força foi estabelecida experimentalmente, é chamada de força magnética.
E tem a forma no sistema SI:
\[\overrightarrow(F)=q\left[\overrightarrow(v)\overrightarrow(B)\right]\ \left(1\right).\]
O módulo de força de acordo com (1) é igual a:
onde $\alpha $ é o ângulo entre os vetores $\overrightarrow(v\ ) e\ \overrightarrow(B)$. Segue-se da equação (2) que se uma partícula carregada se move ao longo de uma linha de campo magnético, então ela não experimenta a ação de uma força magnética.
Direção da força magnética
Com base em (1), a força magnética é direcionada perpendicularmente ao plano em que se encontram os vetores $\overrightarrow(v\ ) e\ \overrightarrow(B)$. Sua direção coincide com a direção do produto vetorial $\overrightarrow(v\ )e\ \overrightarrow(B)$ se o valor da carga móvel for maior que zero, e tem direção oposta se $q
Propriedades de Força de Força Magnética
A força magnética não realiza trabalho sobre a partícula, pois ela é sempre direcionada perpendicularmente à velocidade de seu movimento. Segue-se desta afirmação que, agindo sobre uma partícula carregada com um campo magnético constante, sua energia não pode ser alterada.
Se um campo elétrico e um campo magnético atuam simultaneamente sobre uma partícula com carga, então a força resultante pode ser escrita como:
\[\overrightarrow(F)=q\overrightarrow(E)+q\left[\overrightarrow(v)\overrightarrow(B)\right]\ \left(3\right).\]
A força indicada na expressão (3) é chamada de força de Lorentz. A parte $q\overrightarrow(E)$ é a força que atua a partir do campo elétrico sobre a carga, $q\left[\overrightarrow(v)\overrightarrow(B)\right]$ caracteriza a força do campo magnético sobre a carga . A força de Lorentz se manifesta quando elétrons e íons se movem em campos magnéticos.
Exemplo 1
Tarefa: Um próton ($p$) e um elétron ($e$), acelerados pela mesma diferença de potencial, voam em direção a um campo magnético uniforme. Quantas vezes o raio de curvatura da trajetória do próton $R_p$ difere do raio de curvatura da trajetória do elétron $R_e$. Os ângulos em que as partículas voam para o campo são os mesmos.
\[\frac(mv^2)(2)=qU\left(1.3\right).\]
Da fórmula (1.3) expressamos a velocidade da partícula:
Vamos substituir (1.2), (1.4) em (1.1), expressar o raio de curvatura da trajetória:
Substitua os dados por diferentes partículas, encontre a razão $\frac(R_p)(R_e)$:
\[\frac(R_p)(R_e)=\frac(\sqrt(2Um_p))(B\sqrt(q_p)sin\alpha )\cdot \frac(B\sqrt(q_e)sin\alpha )(\sqrt( 2Um_e))=\frac(\sqrt(m_p))(\sqrt(m_e)).\]
As cargas de um próton e um elétron são iguais em módulo. A massa do elétron é $m_e=9.1\cdot (10)^(-31)kg,m_p=1.67\cdot (10)^(-27)kg$.
Vamos fazer os cálculos:
\[\frac(R_p)(R_e)=\sqrt(\frac(1,67\cdot (10)^(-27))(9,1\cdot (10)^(-31)))\approx 42 .\]
Resposta: O raio de curvatura de um próton é 42 vezes maior que o raio de curvatura de um elétron.
Exemplo 2
Tarefa: Encontre a intensidade do campo elétrico (E) se o próton nos campos magnético e elétrico cruzados se move em linha reta. Ele voou para esses campos, tendo passado por uma diferença de potencial acelerada igual a U. Os campos são cruzados em ângulo reto. A indução do campo magnético é B.
De acordo com as condições do problema, a partícula é afetada pela força de Lorentz, que possui duas componentes: magnética e elétrica. O primeiro componente é magnético, é igual a:
\[\overrightarrow(F_m)=q\left[\overrightarrow(v)\overrightarrow(B)\right]\ \left(2.1\right).\]
$\overrightarrow(F_m)$ é direcionado perpendicularmente a $\overrightarrow(v\ )e\ \overrightarrow(B)$. A componente elétrica da força de Lorentz é:
\[\overrightarrow(F_q)=q\overrightarrow(E)\left(2.2\right).\]
A força $\overrightarrow(F_q)$- é direcionada ao longo da tensão $\overrightarrow(E)$. Lembramos que o próton tem carga positiva. Para que o próton se mova em linha reta, é necessário que as componentes magnética e elétrica da força de Lorentz se equilibrem, ou seja, sua soma geométrica seja igual a zero. Vamos descrever as forças, campos e velocidade do próton, cumprindo as condições para sua orientação na Fig. 2.
Da Fig. 2 e da condição para o equilíbrio de forças, escrevemos:
Encontramos a velocidade da lei da conservação da energia:
\[\frac(mv^2)(2)=qU\to v=\sqrt(\frac(2qU)(m))\left(2.5\right).\]
Substituindo (2.5) em (2.4), temos:
Resposta: $E=B\sqrt(\frac(2qU)(m)).$
Em nenhum outro lugar um curso escolar de física ressoa tanto com a grande ciência quanto na eletrodinâmica. Em particular, sua pedra angular - o impacto nas partículas carregadas do campo eletromagnético, encontrou ampla aplicação na engenharia elétrica.
Fórmula da força de Lorentz
A fórmula descreve a relação entre o campo magnético e as principais características de uma carga em movimento. Mas primeiro você precisa descobrir o que é.
Definição e fórmula da força de Lorentz
Na escola, eles costumam mostrar um experimento com um ímã e limalha de ferro em uma folha de papel. Se você colocá-lo sob o papel e agitá-lo levemente, a serragem se alinhará ao longo de linhas que são comumente chamadas de linhas de tensão magnética. Em termos simples, este é o campo de força de um ímã que o envolve como um casulo. É autocontido, isto é, não tem começo nem fim. Esta é uma grandeza vetorial que é direcionada do pólo sul do ímã para o norte.
Se uma partícula carregada voasse para ele, o campo o afetaria de uma maneira muito curiosa. Ele não iria desacelerar ou acelerar, apenas desviar para o lado. Quanto mais rápido e mais forte o campo, mais essa força atua sobre ele. Foi chamada de força de Lorentz em homenagem ao físico que primeiro descobriu essa propriedade do campo magnético.
É calculado usando uma fórmula especial:
aqui q é a magnitude da carga em Coulomb, v é a velocidade com que a carga se move, em m/s, e B é a indução do campo magnético na unidade T (Tesla).
Direção da força de Lorentz
Os cientistas notaram que existe um certo padrão entre como uma partícula voa em um campo magnético e onde ela o desvia. Para facilitar a memorização, eles desenvolveram uma regra mnemônica especial. Para memorizá-lo, você precisa de muito pouco esforço, porque usa o que está sempre à mão - a mão. Mais precisamente, a palma esquerda, em homenagem à qual é chamada de regra da mão esquerda.
Então, a palma da mão deve estar aberta, quatro dedos estão olhando para a frente, o polegar está saindo para o lado. O ângulo entre eles é de 900. Agora é preciso imaginar que o fluxo magnético é uma flecha que crava na palma da mão por dentro e sai por trás. Ao mesmo tempo, os dedos olham na mesma direção em que a partícula imaginária voa. Neste caso, o polegar mostrará onde se desvia.
Interessante!
É importante notar que a regra da mão esquerda só funciona para partículas com sinal de mais. Para descobrir para onde a carga negativa se desviará, você precisa apontar quatro dedos na direção de onde a partícula voa. Todas as outras manipulações permanecem as mesmas.
Consequências das propriedades da força de Lorentz
Um corpo voa em um campo magnético em um determinado ângulo. É intuitivamente claro que seu valor tem algum significado sobre a natureza do impacto do campo sobre ele, aqui precisamos de uma expressão matemática para torná-lo mais claro. Você deve saber que tanto a força quanto a velocidade são grandezas vetoriais, ou seja, elas têm uma direção. O mesmo se aplica às linhas de intensidade magnética. Então a fórmula pode ser escrita da seguinte forma:
sin α aqui é o ângulo entre duas grandezas vetoriais: velocidade e fluxo do campo magnético.
Como você sabe, o seno de um ângulo zero também é igual a zero. Acontece que, se a trajetória do movimento da partícula passa pelas linhas de força do campo magnético, ela não se desvia para lugar nenhum.
Em um campo magnético uniforme, as linhas de força têm a mesma distância e constante uma da outra. Agora imagine que em tal campo uma partícula se move perpendicularmente a essas linhas. Neste caso, a força de Lawrence fará com que ele se mova em um círculo em um plano perpendicular às linhas de força. Para encontrar o raio desse círculo, você precisa saber a massa da partícula:
O valor da carga não é tomado acidentalmente como um módulo. Isso significa que não importa se uma partícula negativa ou positiva entra no campo magnético: o raio de curvatura será o mesmo. Apenas a direção em que ele voa mudará.
Em todos os outros casos, quando a carga tem um certo ângulo α com o campo magnético, ela se moverá ao longo de uma trajetória semelhante a uma espiral com um raio constante R e passo h. Ele pode ser encontrado pela fórmula:
Outra consequência das propriedades desse fenômeno é o fato de ele não funcionar. Ou seja, ele não dá ou tira energia da partícula, mas apenas muda a direção de seu movimento.
A ilustração mais marcante desse efeito da interação de um campo magnético e partículas carregadas é a aurora boreal. O campo magnético ao redor do nosso planeta desvia partículas carregadas que chegam do Sol. Mas como é mais fraco nos pólos magnéticos da Terra, partículas eletricamente carregadas penetram lá, fazendo com que a atmosfera brilhe.
A aceleração centrípeta, que é dada às partículas, é usada em máquinas elétricas - motores elétricos. Embora seja mais apropriado aqui falar sobre a força Ampere - uma manifestação particular da força Lawrence que atua sobre o condutor.
O princípio de operação dos aceleradores de partículas elementares também se baseia nessa propriedade do campo eletromagnético. Eletroímãs supercondutores desviam partículas de uma linha reta, fazendo com que elas se movam em círculo.
O mais curioso é que a força de Lorentz não obedece à terceira lei de Newton, que afirma que para toda ação há uma reação. Isso se deve ao fato de Isaac Newton acreditar que qualquer interação a qualquer distância ocorre instantaneamente, mas não é assim. Na verdade, isso acontece com a ajuda de campos. Felizmente, o constrangimento foi evitado, pois os físicos conseguiram retrabalhar a terceira lei na lei da conservação do momento, o que também é verdade para o efeito Lawrence.
Fórmula da força de Lorentz na presença de campos magnéticos e elétricos
Um campo magnético está presente não apenas em ímãs permanentes, mas também em qualquer condutor de eletricidade. Somente neste caso, além do componente magnético, também contém um componente elétrico. No entanto, mesmo neste campo eletromagnético, o efeito Lawrence continua operando e é determinado pela fórmula:
onde v é a velocidade de uma partícula eletricamente carregada, q é sua carga, B e E são as intensidades dos campos magnético e elétrico do campo.
Unidades de força de Lorentz
Como a maioria das outras grandezas físicas que atuam em um corpo e mudam seu estado, é medida em newtons e denotada pela letra N.
O conceito de força de campo elétrico
O campo eletromagnético na verdade consiste em duas metades - elétrica e magnética. Eles são definitivamente gêmeos, em que tudo é igual, mas o personagem é diferente. E se você olhar de perto, poderá ver pequenas diferenças na aparência.
O mesmo vale para os campos de força. O campo elétrico também tem uma força - uma quantidade vetorial, que é uma característica da força. Afeta as partículas que estão imóveis nele. Por si só, não é uma força de Lorentz, apenas precisa ser levada em consideração ao calcular o efeito sobre uma partícula na presença de campos elétricos e magnéticos.
Força do campo elétrico
A intensidade do campo elétrico afeta apenas uma carga estacionária e é determinada pela fórmula:
A unidade de medida é N/C ou V/m.
Exemplos de tarefas
Tarefa 1
Uma carga de 0,005 C, que se move em um campo magnético com indução de 0,3 T, é afetada pela força de Lorentz. Calcule-a se a velocidade da carga for 200 m/s e ela se mover em um ângulo de 450 em relação às linhas de indução magnética.
Tarefa 2
Determine a velocidade de um corpo com carga e que se move em um campo magnético com uma indução de 2 T em um ângulo de 900. O valor com que o campo atua sobre o corpo é 32 N, a carga do corpo é 5 × 10-3C.
Tarefa 3
Um elétron se move em um campo magnético uniforme em um ângulo de 900 com suas linhas de campo. A magnitude com que o campo atua em um elétron é 5 × 10-13 N. A magnitude da indução magnética é 0,05 T. Determine a aceleração do elétron.
ac=v2R=6×10726,8×10-3=5×1017ms2
A eletrodinâmica opera com tais conceitos, que são difíceis de encontrar uma analogia no mundo comum. Mas isso não significa que sejam impossíveis de compreender. Com a ajuda de vários experimentos visuais e fenômenos naturais, o processo de conhecer o mundo da eletricidade pode se tornar realmente emocionante.
