로렌츠 힘 물리학

로렌츠 힘, 힘 E 는 전기 E 와 자기장 B를 통해 속도 v로 이동하는 하전 입자 q에 작용했습니다. 하전 된 입자 의 전체 전자기력 (F) 을 로렌츠 힘 (네덜란드 물리학 자 헨드릭 A. 로렌츠 (Hendrik A. Lorentz) 이후)이라고하며 F = q E + q v × B 로 주어집니다.

첫 번째 용어는 전기장에 의해 영향을받습니다. 두 번째 항은 자력이며 속도와 자기장에 수직 인 방향을가집니다. 자기력은 q 및 벡터 교차 곱 v x B 의 크기에 비례합니다. v 와 B 사이의 각도 ϕ 와 관련하여 힘의 크기는 qvB sin ϕ와 같습니다. Lorentz 힘의 흥미로운 결과는 균일 한 자기장에서 하전 입자의 운동입니다. v 가 B에 수직 인 경우 (즉, 각도 ϕ가 v 와 B 사이 인 경우)입자는 반경이 r = mv / qB 인 원형 궤도를 따릅니다. 각도 ϕ가 90 °보다 작 으면 입자 궤도는 필드 선과 평행 한 축을 가진 나선이됩니다. ϕ가 0 인 경우, 입자에 자력이 없으며, 이는 필드 라인을 따라 편향되지 않은 채 계속 이동합니다. 사이클로트론과 같은 하전 입자 가속기는 v 와 B 가 직각 일 때 입자가 원형 궤도로 이동한다는 사실을 이용합니다. 각 회전마다 신중하게 시간이 정해진 전기장은 입자에 추가 운동 에너지를 제공하여 점점 더 큰 궤도로 이동합니다. 입자가 원하는 에너지를 얻었을 때, 물질의 성질에 대한 기초 연구에서부터 암의 치료에 이르기까지 다양한 방식으로 추출되어 사용됩니다.

이동하는 전하에 대한 자기력은 도체에서 전하 캐리어의 부호를 나타냅니다. 도체에서 오른쪽에서 왼쪽으로 흐르는 전류는 양전하 캐리어가 오른쪽에서 왼쪽으로 이동하거나 음의 전하가 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하거나 각각의 조합으로 인해 발생할 수 있습니다. 도체가 전류에 수직 인 B 필드에 배치 될 때, 두 유형의 전하 캐리어에 대한 자력은 동일한 방향이다. 이 힘은 도체의 측면 사이에 작은 전위차를 발생시킵니다. 홀 효과로 알려진이 현상 (미국 물리학 자 Edwin H. Hall이 발견)은 전기장이 자기력의 방향과 정렬 될 때 발생합니다. 홀 효과는 전자가 구리의 전기 전도를 지배한다는 것을 보여줍니다. 그러나 아연에서는 전도가 양전하 운반체의 운동에 의해 좌우됩니다. 원자가 밴드에서 여기 된 아연의 전자는 구멍을 남기고, 이것은 양전하 캐리어처럼 행동하는 공석 (즉, 채워지지 않은 레벨)입니다. 이 구멍의 움직임은 아연의 전기 전도의 대부분을 설명합니다.

전류가 i 인 와이어가 외부 자기장 B에 배치 되면 와이어의 힘이 와이어의 방향에 어떻게 의존합니까? 전류는 와이어에서 전하의 이동을 나타 내기 때문에 Lorentz 힘은 이동 전하에 작용합니다. 이러한 전하는 도체에 묶여 있기 때문에 이동하는 전하는 자기력이 와이어로 전달됩니다. 작은 길이 개발에 힘 L 와이어의 필드에 대하여 상기 와이어의 방향에 의존한다. 힘의 크기는 id lB sin ϕ로 주어지며, 여기서 ϕ는 B 와 d l 사이의 각도 입니다. ϕ = 0 또는 180 ° 인 경우 힘이 발생하지 않으며, 둘 다 필드와 평행 한 방향을 따라 전류에 해당합니다. 전류와 필드가 서로 수직 일 때 힘은 최대입니다. 힘은 d F = id l × B 로 주어진다.

다시, 벡터 외적 차원 모두에 대한 수직 방향이고 L 및 B를.