Действие магнитного поля на движущиеся заряженные частицы. Движение заряженных частиц в магнитном поле

Модуль вектора индукции равен отношению максимального момента сил , действующего на рамку с током со стороны магнитного поля, к произведению силы тока в рамке на ее площадь :

(51.2)

За единицу магнитной индукции принята магнитная индукция такого поля, в котором на контур площадью 1 м²при силе тока 1 А действует со стороны поля максимальный момент сил 1Н·м. Нетрудно убедиться в том, что эта единица совпадает с единицей, установленной при первом способе определения магнитной индукции:

Линии магнитной индукции. Линия, в любой точке которой вектор магнитной индукции направлен по касательной, называется линией магнитной индукции.

Если во всех точках некоторой части пространства вектор индукции магнитного поля имеет одинаковое значение по модулю и одинаковое направление, то магнитное поле в этой части пространства называется однородным (рис. 183).

Рис. 183

Линии магнитной индукции магнитного поля прямого проводника с током представляют собой окружности, лежащие в плоскостях, перпендикулярных проводнику. Центры окружностей находятся на оси проводника.

Направление вектора магнитной индукции в этом случае определяется следующим правилом. Если смотреть вдоль проводника по направлению тока, т.е. по направлению движения положительных зарядов, то вектор магнитной индукции направлен по ходу часовой стрелки (рис. 184). Если ток направлен к наблюдателю, то вектор магнитной индукции направлен против хода часовой стрелки.

Рис. 184

Линии индукции магнитного поля, созданного катушкой с током, показаны на рисунке 185. Вектор магнитной, индукции входит в катушку с той стороны, с какой направление тока в витках катушки представляется соответствующим ходу часовой стрелки.

Рис. 185

Сила Ампера. Формулу (51.1) можно использовать для определения модуля максимального значения силы Ампера, действующей на прямолинейный проводник с током в магнитном поле с индукцией :

, (51.3)

где - длина проводника; - сила тока.

Опыт показывает, что при расположении проводника с током под углом к вектору магнитной индукции для нахождения модуля силы Ампера следует применять выражение

. (51.4)

Направление вектора силы Ампера определяется правилом левой руки.

Расположим левую руку так, чтобы четыре пальца указывали направление тока в проводнике. Затем установим ладонь перпендикулярно плоскости, в которой лежат проводник с током и вектор магнитной индукции. Вектор должен входить в ладонь. Тогда отогнутый под прямым углом в плоскости ладони большой палец укажет направление вектора силы Ампера (см. рис. 180).

СИЛА ЛОРЕНЦА

Действие магнитного поля на движущиеся заряженные частицы. Действие магнитного поля на проводник с током означает, что магнитное поле действует на движущиеся электрические заряды. Найдем силу, действующую на электрический заряд при его движении в однородном магнитном поле с индукцией .

Сила тока в проводнике связана с концентрацией свободных заряженных частиц, скоростью их упорядоченного движения и площадью поперечного сечения проводника следующим выражением:

, (52.1)

где - заряд отдельной частицы.

Подставляя уравнение (52.1) в уравнение (51.4), получим

.

Так как произведение равно числу свободных заряженных частиц в проводнике длиной

,

то сила, действующая со стороны магнитного поля на одну заряженную частицу, движущуюся со скоростью под углом к вектору индукции, равна

. (52.2)

Эту силу называют силой Лоренца.

Направление вектора силы Лоренца определяется правилом левой руки, в нем за направление тока нужно брать направление вектора скорости положительного заряда (рис. 186). Для случая движения отрицательно заряженных частиц четыре пальца следует располагать противоположно направлению вектора скорости.

Рис. 186

Движение заряженных частиц в магнитном поле. В однородном магнитном поле на заряженную частицу, движущуюся со скоростью перпендикулярно линиям индукции магнитного поля, действует сила , постоянная по модулю и направленная перпендикулярно вектору скорости (рис. 187). В вакууме под действием силы Лоренца частица приобретает центростремительное ускорение

(52.3)

и движется по окружности. Радиус окружности, по которой движется частица, определяется из условия

(52.4)