kekuatan Lorentz. Memecahkan masalah dan latihan sesuai dengan model

Fisikawan Belanda H. A. Lorenz pada akhir abad ke-19. menemukan bahwa gaya yang bekerja dari medan magnet pada partikel bermuatan yang bergerak selalu tegak lurus terhadap arah gerak partikel dan garis-garis gaya medan magnet di mana partikel ini bergerak. Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan menggunakan aturan tangan kiri. Jika Anda meletakkan telapak tangan kiri Anda sehingga empat jari terentang menunjukkan arah pergerakan muatan, dan vektor induksi magnet medan memasuki ibu jari yang terpisah, itu akan menunjukkan arah gaya Lorentz yang bekerja pada muatan positif.

Jika muatan partikel negatif, maka gaya Lorentz akan diarahkan ke arah yang berlawanan.

Modulus gaya Lorentz mudah ditentukan dari hukum Ampere dan adalah:

F = | Q| vB dosa?,

di mana Q- muatan partikel, v- kecepatan gerakannya, ? - sudut antara vektor kecepatan dan induksi poli magnetik.

Jika, selain medan magnet, ada juga medan listrik yang bekerja pada muatan dengan gaya , maka gaya total yang bekerja pada muatan sama dengan:

.

Seringkali gaya ini disebut gaya Lorentz, dan gaya dinyatakan dengan rumus ( F = | Q| vB dosa?) disebut bagian magnet dari gaya Lorentz.

Karena gaya Lorentz tegak lurus terhadap arah gerak partikel, ia tidak dapat mengubah kecepatannya (tidak melakukan kerja), tetapi hanya dapat mengubah arah geraknya, yaitu, ia dapat membelokkan lintasannya.

Lengkungan lintasan elektron seperti itu dalam tabung gambar TV mudah diamati, jika Anda membawa magnet permanen ke layarnya - gambar akan terdistorsi.

Pergerakan partikel bermuatan dalam medan magnet seragam. Biarkan partikel bermuatan terbang dengan kecepatan v menjadi medan magnet seragam yang tegak lurus terhadap garis-garis tegangan.

Gaya yang bekerja pada partikel dari sisi medan magnet akan membuatnya berputar seragam di sekitar lingkaran dengan jari-jari R, yang mudah ditemukan menggunakan hukum kedua Newton, ekspresi percepatan yang disengaja dan rumus ( F = | Q| vB dosa?):

.

Dari sini kita mendapatkan

.

di mana M adalah massa partikel.

Penerapan gaya Lorentz.

Aksi medan magnet pada muatan yang bergerak digunakan, misalnya, dalam spektrograf massa yang memungkinkan seseorang untuk memisahkan partikel bermuatan dengan muatan spesifiknya, yaitu, rasio muatan partikel terhadap massanya, dan dari hasil yang diperoleh, untuk secara akurat menentukan massa partikel.

Ruang vakum perangkat ditempatkan di lapangan (vektor induksi tegak lurus terhadap gambar). Partikel bermuatan (elektron atau ion) yang dipercepat oleh medan listrik, menggambarkan busur, jatuh pada pelat fotografi, di mana mereka meninggalkan jejak, yang memungkinkan untuk mengukur jari-jari lintasan dengan sangat akurat. R... Jari-jari ini digunakan untuk menentukan muatan spesifik ion. Mengetahui muatan ion, Anda dapat dengan mudah menghitung massanya.

DEFINISI

gaya Lorentz- gaya yang bekerja pada partikel bermuatan titik yang bergerak dalam medan magnet.

Ini sama dengan produk muatan, modulus kecepatan partikel, modulus vektor induksi medan magnet dan sinus sudut antara vektor medan magnet dan kecepatan partikel.

Berikut adalah gaya Lorentz, adalah muatan partikel, adalah modulus vektor induksi medan magnet, adalah kecepatan partikel, adalah sudut antara vektor induksi medan magnet dan arah gerak.

Satuan kekuatan - N (newton).

Gaya Lorentz merupakan besaran vektor. Gaya Lorentz memperoleh nilai terbesarnya ketika vektor induksi dan arah kecepatan partikel tegak lurus ().

Arah gaya Lorentz ditentukan oleh aturan tangan kiri:

Jika vektor induksi magnet masuk ke telapak tangan kiri dan keempat jari dijulurkan searah dengan arah vektor gerak arus, maka ibu jari yang ditekuk ke samping menunjukkan arah gaya Lorentz.

Dalam medan magnet seragam, partikel akan bergerak melingkar, sedangkan gaya Lorentz akan menjadi gaya sentripetal. Pekerjaan tidak akan selesai.

Contoh pemecahan masalah pada topik "Lorentz Force"

CONTOH 1

CONTOH 2

1. Hitung gaya Lorentz yang bekerja pada sebuah proton yang bergerak dengan kecepatan 106 m / s dalam medan magnet seragam dengan induksi 0,3 T tegak lurus terhadap garis induksi.
2. Dalam medan magnet seragam dengan induksi 0,8 T pada penghantar dengan arus 30 A, panjang bagian aktifnya adalah 10 cm, gaya 1,5 N bekerja pada sudut berapa terhadap vektor magnet induksi adalah konduktor ditempatkan?
3. Manakah dari partikel berkas elektron
dibelokkan oleh sudut yang lebih besar dalam medan magnet yang sama - cepat atau lambat? (mengapa?)
4. Dipercepat dalam medan listrik dengan beda potensial 1,5 105 V, sebuah proton terbang ke dalam medan magnet seragam yang tegak lurus terhadap garis-garis induksi magnet dan bergerak secara seragam di sekitar lingkaran dengan jari-jari 0,6 m Tentukan kecepatan proton , modulus vektor induksi magnetik dan gaya yang digunakan medan magnet pada proton.

Literatur: -

sumber daya internet.

-

Topik nomor 10 Getaran elektromagnetik.

Memecahkan masalah dan latihan sesuai model.

Membaca materi teori dengan memilih salah satu sumber yang tertera dalam daftar pustaka.

Menemukan rumus untuk memecahkan masalah.

Tulis "Diberikan" pada pernyataan masalah.

Soal 1. Pada rangkaian osilasi, induktansi kumparan adalah 0,2 H. Amplitudo kuat arus adalah 40 mA. Temukan energi medan magnet kumparan dan energi medan listrik kapasitor pada saat nilai arus sesaat 2 kali lebih kecil dari amplitudo. Abaikan resistansi loop.

Soal 2. Sebuah bingkai dengan luas 400 cm 2 memiliki 100 putaran. Itu berputar dalam medan magnet seragam dengan induksi 0,01 T, dan periode rotasi bingkai adalah 0,1 s. Tulis ketergantungan EMF pada waktu, yang timbul dalam bingkai, jika sumbu rotasi tegak lurus terhadap garis induksi magnetik.

Tugas 3 Tegangan 220V diterapkan ke belitan primer transformator. Berapa tegangan yang dapat dilepaskan dari belitan sekunder transformator ini jika rasio transformasinya adalah 10? Apakah akan mengkonsumsi energi dari jaringan jika gulungan sekundernya terbuka?

Literatur: - G.Ya. Myakishev B.B. Fisika Bukhovtsev. Buku teks untuk 11 cl. - M., 2014.

sumber daya internet.

- Landsberg G.S. Buku teks fisika dasar - M. Higher School 1975.

Yavorskiy B.M. Seleznev Yu.A. Manual referensi fisika - M. Nauka, 1984.

Memecahkan masalah untuk menghitung parameter rangkaian osilasi.

Membaca materi teori dengan memilih salah satu sumber yang tertera dalam daftar pustaka.

Menemukan rumus untuk memecahkan masalah.

Tulis "Diberikan" pada pernyataan masalah.

1. Berapa kapasitansi yang harus diambil dalam rangkaian osilasi sehingga, dengan induktansi 250 mH, dapat disetel ke frekuensi audio 500 Hz .

2. Tentukan induktansi kumparan jika amplitudo tegangan 160 V, amplitudo arus 10 A, dan frekuensi 50 Hz .

3. Kapasitor dihubungkan ke rangkaian AC frekuensi standar dengan tegangan 220V. Berapa kapasitas kapasitor jika arus dalam rangkaian adalah 2,5 A .

4. Ada resistor di satu kotak, kapasitor di kotak lain, dan induktor di kotak ketiga. Kabel terhubung ke terminal eksternal. Bagaimana, tanpa membuka kotak, Anda dapat mengetahui apa yang ada di masing-masing kotak? (Sumber tegangan konstan dan bolak-balik dengan besaran yang sama dan bola lampu diberikan.)

Literatur: - G.Ya. Myakishev B.B. Fisika Bukhovtsev. Buku teks untuk 11 cl. - M., 2014.

sumber daya internet.

- Landsberg G.S. Buku teks fisika dasar - M. Higher School 1975.

Yavorskiy B.M. Seleznev Yu.A. Manual referensi fisika - M. Nauka, 1984.

Pertanyaan serupa

• Untuk anak sekolah muda, mereka menambahkan total 200 tiket: 74 tiket ke teater Lyalkovy. Sekarang saya memiliki bagian dari reshti di sirkus, dan semuanya ada di bioskop. Skilches datang ke bioskop,
• tulis teks dan lanjutkan dengan dua atau tiga kalimat. Ini adalah hari musim panas yang panas, udara pengap pengap, langit biru tak berawan ditutupi dengan kabut tipis.
• 1. Bola jatuh dari ketinggian 3m, memantul dari lantai dan ditangkap pada ketinggian 1m. Temukan jalan dan pindahkan bola. 2. Kecepatan pergerakan walking excavator selama operasi adalah 0,18 km / jam. Berapa jarak yang ditempuh ekskavator dalam 5 menit? 3. Jarak kota A dan B awal adalah 250 km. Pada saat yang sama, dua mobil meninggalkan kedua kota menuju satu sama lain, satu dengan kecepatan 60 km / jam, yang lain dengan kecepatan 40 km / jam. Berapa lama mereka akan bertemu? 4. Pergerakan suatu titik material digambarkan dengan persamaan x = -25 + 5t. Tentukan koordinat awal titik, besar dan arah kecepatan, koordinat titik dalam 5 s. Plot koordinat terhadap waktu. 5. Tubuh mana yang tidak bergerak? Tubuh mana yang bergerak dengan kecepatan lebih lambat? Apakah tubuh bergerak ke arah yang sama?
• "Alasan utama terbentuknya iklim" Buatlah diagram.
• Alih-alih elipsis, Anda harus memasukkan kata: 1) Diyakini sebagai nenek moyang anjing domestik, serigala dihasilkan (1) ... hewan yang sangat cerdas. Serigala bepergian dalam kawanan dan wilayah mereka bisa di mana saja (2) ... 40 hingga 400 mil persegi. Selain menandai perbatasan wilayah mereka dengan aroma, mereka (3) ... serigala lain tahu bahwa mereka ada di sekitar mereka dengan menggonggong dan melolong. 2) Satu pak mungkin (4) ... hingga 30 serigala, meskipun di mana (5) ... persediaan makanan terbatas mungkin hanya ada enam atau tujuh hewan dalam satu pak. Saat berburu, mereka bekerja sama untuk mengejar seekor binatang, memblokir (6) ... melarikan diri, dan akhirnya menangkapnya. Dalam (7) ... cara, mereka (8) ... untuk menjebak hewan besar, seperti rusa atau rusa. 3) Jika hewan ternak tersedia, mereka (9) ... serigala dengan sumber makanan yang mudah. Ini, tentu saja, membawa (10) ... kontak dengan manusia. Keracunan dan penembakan telah berkontribusi (11) ... penurunan populasi serigala di seluruh dunia. Serigala merah sekarang hampir punah (12) ... liar, sedangkan serigala abu-abu telah (13) ... habitatnya berkurang menjadi beberapa daerah di Eropa, Amerika Utara dan Asia. (14) ... mani mamalia besar lainnya, serigala semakin (15) ... ancaman dari aktivitas manusia.

• pergerakan partikel bermuatan dalam medan magnet seragam;
• penerapan gaya Lorentz.

Tujuan pelajaran

Untuk mempelajari gerakan partikel bermuatan dalam medan magnet yang seragam, untuk menyelesaikan solusi masalah dengan topik “Tindakan medan magnet pada muatan yang bergerak. Kekuatan Lorentz".

Materi baru dalam pelajaran ini dipelajari pada mata kuliah kerja simultan siswa dengan model komputer. Siswa harus mendapatkan jawaban atas pertanyaan dari lembar kerja menggunakan kemampuan model ini.

Pekerjaan rumah: 6, No. 849 (Kumpulan soal. Nilai 10-11. AP Rymkevich - Moscow Bustard, 2001).

Lembar Kerja Pelajaran

Contoh jawaban
Model "Pergerakan muatan dalam medan magnet"

Nama lengkap, kelas ______________________________________

Bandingkan muatan spesifik partikel dengan muatan spesifik elektron. Buatlah kesimpulan.

Menjawab: hasil yang diperoleh sesuai dengan nilai tabular dari muatan spesifik elektron.

Dengan menggunakan aturan tangan kiri, tentukan tanda muatan partikel dalam percobaan komputer. Buatlah kesimpulan.

Menjawab: analisis lintasan partikel menurut aturan tangan kiri memungkinkan kita untuk mengatakan bahwa ini adalah partikel bermuatan negatif. Mempertimbangkan hasil persamaan yang diperoleh sebelumnya dari muatan spesifik partikel yang diselidiki dan elektron, dapat disimpulkan bahwa partikel yang diwakili dalam model adalah elektron.

Hitung gaya Lorentz yang bekerja pada muatan tersebut.

Hitung percepatan yang diberikan oleh gaya tertentu ke muatan ini (menurut hukum kedua Newton).

Hitung jari-jari lingkaran di mana partikel bergerak menggunakan rumus percepatan sentripetal.