Điện học – Từ học

Lực Lorentz

Lực Lorentz là lực điện từ tác dụng lên hạt mang điện chuyển động, $\vec F=q(\vec E+\vec v\times\vec B)$ .

\vec F=q(\vec E+\vec v\times\vec B),\qquad r=\frac{mv_\perp}{|q|B}

Định nghĩa: Quỹ đạo trong từ trường đều

Thành phần điện $q\vec E$ đổi động năng; thành phần từ $q\vec v\times\vec B$ vuông góc với vận tốc nên không sinh công. Khi $\vec v\perp\vec B$ và chỉ có từ trường đều, hạt chuyển động tròn đều với bán kính $r=mv/(|q|B)$ và chu kỳ $T=2\pi m/(|q|B)$ . Dấu điện tích quyết định chiều quay.

Điều chỉnh tham số và kéo hình để xem các vectơ, quỹ đạo hoặc dạng sóng biến đổi theo quan hệ định lượng của chủ đề.

Cách đọc mô hình

Ví dụ: Ví dụ có hướng dẫn

Proton có $m=1,67\times10^{-27}$ kg, $q=1,60\times10^{-19}$ C, $v=2,0\times10^5$ m/s vuông góc $B=0,20$ T. Tính bán kính quỹ đạo.

Lời giải

$r=mv/(qB)=(1,67\times10^{-27})(2,0\times10^5)/(1,60\times10^{-19}\times0,20)\approx1,04\times10^{-2}$ m.

Thành phần $q\vec v\times\vec B$ luôn vuông góc với vận tốc nên lực từ không sinh công, dù nó có thể làm quỹ đạo cong. Nếu hạt đi vuông góc với từ trường đều, lực đóng vai trò lực hướng tâm và bán kính quỹ đạo là $r=mv/(|q|B)$ . Nếu có thêm thành phần vận tốc song song với $\vec B$ , thành phần đó không bị đổi hướng và hạt chuyển động theo đường xoắn ốc quanh đường sức.

Đổi dấu điện tích làm đảo chiều lực Lorentz mà không đổi độ lớn. Vì vậy electron chuyển động trong cùng $\vec E$ và $\vec B$ chịu lực ngược chiều proton có cùng vận tốc.

Trắc nghiệm nhanh

Trong từ trường tĩnh, lực từ lên hạt điểm luôn:

Nếu hạt chuyển động song song với $\vec B$ , thành phần lực từ là:

Tài liệu tham khảo

Young, Freedman (2019). University Physics