Κίνηση φορτίου σε μαγνητικό πεδίο Δύναμη Lorentz

Ένα ακίνητο φορτίο δεν δέχεται καμία δύναμη σε στατικό μαγνητικό πεδίο.

Το ότι τα κινούμενα φορτία δέχονται δυνάμεις από το μαγνητικό πεδίο φαίνεται στις παρακάτω περιπτώσεις.

Τα ηλεκτρόνια κινούνται προς την άνοδο. Τα ηλεκτρόνια εκτρέπονται προς τα κάτω.

Δύναμη Lorentz Έστω θετικό φορτίο q , που κινείται με ταχύτητα υ σε μαγνητικό πεδίο. Δέχεται δύναμη κάθετη στο επίπεδο που ορίζουν τα Ισχύει ότι : Η δύναμη αυτή ονομάζεται δύναμη Lorentz. + Το περίεργο μ ΄αυτήν είναι ότι εξαρτάται από την ταχύτητα του φορτίου και δεν έχει την διεύθυνση του πεδίου. φ

Δύναμη Lorentz + φ

Αν το φορτίο είναι αρνητικό …. - φ

Παρατήρηση Σε μια στοιχειώδη μετακίνηση η δύναμη παραμένει κάθετη στην ταχύτητα Επομένως : Δηλαδή η κινητική ενέργεια και επομένως η ταχύτητα μένουν σταθερές.

Αν το φορτίο κινείται παράλληλα με τις δυναμικές γραμμές …..

+ + Πρόκειται για την μέγιστη δύναμη που μπορεί να δεχτεί. Αν το φορτίο κινείται κάθετα στις δυναμικές γραμμές ….. + + Πρόκειται για την μέγιστη δύναμη που μπορεί να δεχτεί.

Από άλλη οπτική γωνία…… + +

Κίνηση φορτίου σε ομογενές μαγνητικό πεδίο Κίνηση κάθετα στις δυναμικές γραμμές Κίνηση υπό γωνίαν

Δέχεται δύναμη : Η δύναμη παραμένει κάθετη στην ταχύτητα και παίζει ρόλο κεντρομόλου. + R Ανεξάρτητη της ταχύτητας.

Ποιο είναι το πρόσημο του φορτίου ; Σε ποια περίπτωση θα επιστέψει συντομότερα στο Α ;

Κίνηση υπό γωνίαν

x y z - -

x y z -

x y z -

Μέσα σε μια περίοδο : β x y z -

Κίνηση σε μη ομογενές μαγνητικό πεδίο Γενικά είναι πολύπλοκη. Ας δούμε μια ειδική περίπτωση , την μαγνητική φιάλη.

+ Η ακτίνα της έλικας αυξάνεται στο κέντρο , διότι μειώνεται το Β. Η δύναμη έχει φορά προς το κέντρο της φιάλης , έτσι τα φορτία εγκλωβίζονται. Σε μαγνητικές φιάλες παγιδεύεται πλάσμα , δηλαδή αέριο θερμοκρασίας πάνω από 106 Κ , που αποτελείται από ηλεκτρόνια και θετικά ιόντα. Η παγίδευση του πλάσματος είναι ένα από τα προβλήματα που πρέπει να λύσουμε για να επιτύχουμε ελεγχόμενη πυρηνική σύντηξη.

Μαγνητική φιάλη αποτελεί και το γήινο μαγνητικό πεδίο Μαγνητική φιάλη αποτελεί και το γήινο μαγνητικό πεδίο. Παγιδεύονται σ ‘ αυτό φορτισμένα σωμάτια που εκπέμπονται από τον Ήλιο ( κυρίως ηλεκτρόνια και πρωτόνια ). Αυτά κινούνται από τον ένα πόλο στον άλλο. Η πυκνότητά τους είναι μεγάλη στις ζώνες Van Allen που ανακαλύφθηκαν το 1958 από τον δορυφόρο Explorer 1. Οι ζώνες Van Allen αποτελούνται από δύο δακτυλίους , τον εσωτερικό ( 3.000 km και τον εξωτερικό ( 15.000 km ) Κοντά στους πόλους , που το μαγνητικό πεδίο είναι ισχυρό , υπάρχουν πολλά σωματίδια που συγκρούονται με τα άτομα των αερίων της ατμόσφαιρας. Σαν συνέπεια έχουμε την ακτινοβολία Cerenkov .

Το βόρειο σέλας ( και το αντίστοιχο φαινόμενο στον νότιο πόλο ) είναι αποτέλεσμα της ακτινοβολίας αυτής.