Зная направление и модуль силы, действующей на любой участок проводника с током, можно вычислить силу, действующую на весь замкнутый проводник. Для этого надо найти сумму сил, действующих на каждый участок проводника с током. Закон Ампера используют для расчета сил, действующих на проводники с током, во многих технических устройствах, в частности в электродвигателях, с которыми вы ознакомились в предыдущих классах. Сейчас посмотрим, как устроен и работает громкоговоритель. великого голландского физика Х.Лоренца (1853—1928)— основателя электронной теории строения вещества. Эту силу можно найти с помощью закона Ампера. Модуль силы Лоренца равен отношению модуля силы F, действующей на участок проводника длиной А/, к числу N заряженных частиц, упорядочение движущихся на этом участке проводника: Рассмотрим отрезок тонкого прямого проводника с током Пусть длина отрезка А/ и площадь поперечного сечения проводника S настолько малы, что вектор индукции магнитного поля В можно считать неизменным в пределах этого отрезка проводника. Сила тока / в проводнике связана с зарядом частиц q, концентрацией заряженных частиц (число зарядов в единице объема) и скоростью их упорядоченного движения v следующей формулой: Модуль силы, действующей со стороны магнитного поля на выбранный элемент тока, равен: Подставляя сюда выражение (1.4) для силы тока, получим: F=\q\ nvSAlB sin a=v \q\NB sin a, где N=nSAl — число заряженных частиц в рассматриваемом объеме. Следовательно, на каждый движущийся заряд со стороны магнитного поля действует сила Лоренца, равная: где a — угол между вектором скорости и вектором магнитной индукции. Сила Лоренца перпендикулярна векторам б и у, и ее направление определяется с помощью того же правила левой руки, что и направление силы Ампера: если левую руку расположить так, чтобы составляющая магнитной индукции В, перпендикулярная скорости заряда, входила в ладонь, а четыре пальца были направлены по движению положительного заряда (против движения отрицательного), то отогнутый на 90° большой палец покажет направление действующей на заряд силы Лоренца Электрическое поле действует на заряд q с силой F3Jl=qE. Следовательно, если есть и электрическое поле, и магнитное, то полная действующая на заряд равна Так как сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы, то она не совершает работу. Согласно теореме о кинетической энергии (см. учебник физики для X класса) это означает, что сила Лоренца не меняет кинетическую энергию частицы и, следовательно, модуль ее скорости. Под действием силы Лоренца меняется лишь направление скорости частицы. Наблюдение действия силы Лоренца. Действие силы Лоренца на движущиеся электроны можно ааблюдать, поднося электромагнит (или постоянный магнит) к электронно-лучевой трубке. Меняя ток в электромагните, можно заметить, -jjo отклонение электронного луча растет с увеличением модуля вектора магнитной индукции В поля. При изменении направления тока в электромагните отклонение луча происходит в противоположную сторону. Зависимость силы Лоренца от угла а между векторами В ни можно обнаружить, наблюдая смещение электронного луча при изменении угла между осью магнита и осью электронно-лучевой трубки. Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле. Рассмотрим движение частицы с зарядом q в однородном магнитном поле S, направленном перпендикулярно к начальной скорости частицы v (рис. 25). Сила Лоренца зависит от модулей скорости частицы и индукции магнитного поля. Так как магнитное поле не меняет модуль скорости движущейся частицы, то остается неизменным и модуль силы Лоренца. Эта сила перпендикулярна скорости и, сле- Часто силой Лоренца называют полную силу, действующую на заряженную частицу со стороны электромагнитного поля. В этом случае силу (1.5) называют магнитной частью силы Лоренца довательно, определяет центростремительное ускорение частицы. Неизменность по модулю центростремительного ускорения частицы, движущейся с постоянной по модулю скоростью, означает, что частица равномерно движется по окружности радиусом г. Определим этот радиус. Согласно второму закону Ньютона Применение силы Лоренца. Действие магнитного поля на движущийся заряд широко используют в современной технике. Достаточно упомянуть телевизионные трубки (кинескопы), в которых летящие к экрану электроны отклоняются с помощью магнитного поля, создаваемого особыми катушками Другое применение действие магнитного поля нашло в приборах, позволяющих разделять заряженные частицы по их удельным зарядам, т. е. по отношению заряда частицы к ее массе, и по полученным результатам точно определять массы частиц. Такие приборы получили название масс-спектрографов. На рисунке 27 изображена принципиальная схема простейшего масс-спектрографа. Вакуумная камера прибора помещена в магнитное поле (вектор индукции В перпендикулярен рисунку). Ускоренные электрическим полем заряженные частицы (электроны или ионы), описав дугу, попадают на фотопластинку, где оставляют след, позволяющий с большой точностью измерить радиус траектории г. По этому радиусу определяется удельный заряд иона. Зная же заряд иона, легко вычислить его массу. На движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля действует сила Лоренца. Эта сила перпендикулярна скорости и не совершает работу. Батарея, создающая ускоряющее напряжение Фотопластинка