Действие магнитного поля на движущиеся заряды

Направление силы Лоренца, как и силы Ампера, определяется

по правилу левой руки: если расположить левую руку так, чтобы составляющая вектора магнитной индукции, перпендикулярная вектору скорости частицы, входила в ладонь, четыре пальца указывали направление движения положительно заряженной частицы, то направление силы Лоренца будет совпадать с направлением отогнутого на 90° большого пальца (рис. 54).

Направление силы Лоренца

В том случае, если заряд частицы отрицателен, сила Лоренца действует в направлении, противоположном направлению, указываемому большим пальцем.

Использование силы Лоренца

3. Сила Лоренца направлена перпендикулярно направлению скорости частицы и поэтому не совершает работы. Этот факт используется в ряде технических устройств. Рассмотрим принцип работы некоторых из них.

Действие силы Лоренца на движущийся заряд используется в электронно-лучевых трубках. В них электронный пучок отклоняется магнитным полем, создаваемым катушками.

Действие магнитного поля на движущуюся заряженную частицу также лежит в основе работы установки, позволяющей разделять частицы в зависимости от их удельного заряда, масс-спектрографа. Принцип его работы следующий.

Пусть заряженная частица влетает с некоторой скоростью в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции (рис. 55).

Рис. 55

Эта скорость остаётся неизменной, поскольку сила Лоренца работы не совершает. Сила Лоренца в этом случае является причиной центростремительного ускорения частицы и определяет его значение. Поскольку эта сила постоянна, то неизменно и центростремительное ускорение. Значит, частица будет двигаться по окружности с постоянной по модулю скоростью. Радиус окружности зависит в том числе и от отношения заряда частицы к её массе. Измерив радиус движения частицы, можно вычислить отношение заряда к массе, т. е. удельный заряд частицы.

Согласно второму закону Ньютона

Отсюда удельный заряд частицы

удельный заряд частицы

Действие силы Лоренца на движущийся заряд используется в магнитогидродинамическом генераторе (МГД-генераторе). В МГД-генераторе раскалённая плазма разгоняется в расширяющемся канале и затем попадает в зону действия сильного магнитного поля. При этом составляющие плазму заряженные частицы разделяются силой Лоренца и попадают на разные электроды. Между электродами возникает разность потенциалов. Если электроды замкнуть на внешнюю нагрузку, то в цепи пойдёт электрический ток.

<<< К началу Окончание >>>