Сила Лоренца – сила, с которой магнитное поле действует на движущиеся заряды. В случае однородного магнитного поля
сила Лоренца равна:
,
,
где
- электрический заряд, движущийся со скоростью
в магнитном поле с индукцией
,
- угол между
и
. Квадратными скобками обозначено векторное произведение.
Направление силы Лоренца определяется по правилу левой руки (рис.4, 5):
Если ладонь левой руки расположить так, в нее входил вектор магнитной индукции, а четыре вытянутых пальца направить вдоль вектора скорости, то отогнутый большой палец укажет направление силы, действующей на положительный заряд.
Сила Лоренца перпендикулярна векторам
и
. Сила Лоренца не совершает работы.
5. Движение зарядов в электрических и магнитных полях.
Считаем, что магнитное поле однородно
и на частицу не действуют электрические поля. Рассмотрим три возможных случая:
1)
– Заряженная частица движется в магнитном поле вдоль линий магниной индукции(угол
между векторами
и
равен
или
). Тогда сила Лоренца равна нулю, т.е. мегнитное поле на частицу не действует и она движется прямолинейно и равномерно;
2)
– Заряженная частица движется в магнитном поле со скоростью
, перпендикулярной вектору
(угол
). Сила Лоренца
: постоянна по модулю и нормальна к траектории частицы. Частица будет двигаться по окружности радиуса
с центростремительным ускорением
. Из второго закона Ньютона
получаем радиус окружности
и период вращения
.
3) Заряженная частица движется под углом
к линиям магнитной индукции. Движение частицы можно представить в виде суммы двух движений:
1. Равномерного прямолинейного движения вдоль поля со скоростью
;
2. Равномерного движения по окружности в плоскости перпендикулярной полю со скоростью со скоростью
;
Суммарное движение будет движением по спирали, ось которой параллельна магнитному полю.
Шаг винтовой линии:
(
– период вращения частицы). Так как
, то
.
Если магниное поле неоднородно и заряженная частица движется под углом к линиям магнитного поля в направлении возрастания поля, то величины
и
уменьшаются с ростом
. На этом основана фокусировка заряженных частиц магнитным полем.