力学新生吧 关注:341贴子:48,121
  • 14回复贴,共1

运动电荷在磁场中所受到的力称为洛伦兹力,即磁场对运动电荷的作用力。洛伦兹力的公式为F=QvB。荷兰物理学家洛伦兹首先提出了运动电荷产生磁场和磁场对运动电荷有作用力的观点,为纪念他,人们称这种力为洛伦兹力。


IP属地:北京1楼2015-05-18 16:08回复
    从阴极发射出来的电子束,在阴极和阳极间的高电压作用下,轰击到长条形的荧光屏上激发出荧光,可以在示波器上显示出电子束运动的径迹.实验表明,在没有外磁场时,电子束是沿直线前进的.如果把射线管放在蹄形磁铁的两极间,荧光屏上显示的电子束运动的径迹就发生了弯曲.这表明,运动电荷确实受到了磁场的作用力,这个力通常叫做洛伦兹力,它为荷兰物理学家H.A.洛伦兹首先提出,故得名。认为一切物质分子都含有电子,阴极射线的粒子就是电子。洛伦兹把以太与物质的相互作用归结为以太与电子的相互作用。这一理论成功地解释了塞曼效应,与塞曼一起获1902年诺贝尔物理学奖。
    洛伦兹是经典电子论的创立者.他认为电具有“原子性”,电的本身是由微小的实体组成的.后来这些微小实体被称为电子.洛伦兹以电子概念为基础来解释物质的电性质.从电子论推导出运动电荷在磁场中要受到力的作用,即洛伦兹力.他把物体的发光解释为原子内部电子的振动产生的.这样当光源放在磁场中时,光源的原子内电子的振动将发生改变,使电子的振动频率增大或减小,导致光谱线的增宽或分裂.1896年10月,洛伦兹的学生塞曼发现,在强磁场中钠光谱的D线有明显的增宽,即产生塞曼效应,证实了洛伦兹的预言.塞曼和洛伦兹共同获得1902年诺贝尔物理学奖.1904年,洛伦兹证明,当把麦克斯韦的电磁场方程组用伽利略变换从一个参考系变换到另一个参考系时,真空中的光速将不是一个不变的量,从而导致对不同惯性参考系的观察者来说,麦克斯韦方程及各种电磁效应可能是不同的.为了解决这个问题,洛伦兹提出了另一种变换公式,即洛伦兹变换。后来,爱因斯坦把洛伦兹变换用于力学关系式,创立了狭义相对论.


    IP属地:北京2楼2015-05-18 16:21
    回复
      1.在国际单位制中,洛仑兹力的单位是牛顿,符号是N。
      2.洛伦兹力方向总与运动方向垂直。
      3.洛伦兹力永远不做功。(有束缚时,洛仑兹力的分力可以做功,但其总功一定为0。)
      4.洛伦兹力不改变运动电荷的速率和动能,只能改变电荷的运动方向使之偏转。


      IP属地:北京3楼2015-05-18 16:21
      回复
        洛伦兹力既适用于宏观电荷,也适用于微观电荷粒子。电流元在磁场中所受安培力就是其中运动电荷所受洛伦兹力的宏观表现。导体回路在恒定磁场中运动,使其中磁通量变化而产生的动生电动势也是洛伦兹力的结果,洛伦兹力是产生动生电动势的非静电力。如果电场E和磁场B并存,则运动点电荷受力为电场力和磁场力之和,为

        【注】公式中E、B为矢量,右式一般也称为洛伦兹力公式。
        洛伦兹力公式和麦克斯韦方程组以及介质方程一起构成了经典电动力学的基础。在许多科学仪器和工业设备,例如β谱仪,质谱仪,粒子加速器,电子显微镜,磁镜装置,霍尔器件中,洛伦兹力都有广泛应用。
        值得指出的是,既然安培力是洛伦兹力的宏观表现,洛伦兹力对运动电荷不作功,何以安培力能对载流导线作功呢?实际上洛伦兹力起了传递能量的作用,当导线运动的时候,洛伦兹力的一部分指向电荷运动的反方向,阻碍电荷运动作负功,形成动生电动势;另一部分构成安培力,对载流导线作正功,结果仍是由平衡动生电动势,维持电流的电源提供了能量。


        IP属地:北京5楼2015-05-18 16:28
        回复
          【简介---法拉第吊诡】
          法拉第吊诡(Faraday paradox)是一个关于法拉第感应定律的物理实验。于1831年,物理学大师麦可·法拉第推断出法拉第感应定律(简称“法拉第定律”),但是,在应用这定律来解释法拉第吊诡的过程中,他遇到了很多困难。这在本文会有详细相关叙述。

          如右图所示,法拉第吊诡实验只需要一些简单器件:圆柱形永久磁铁、圆盘形导体、金属刷、转轴导体、支撑架导体,检流计。圆柱形永久磁铁与圆盘形导体分别安装于各自的转轴,可以各自自由旋转。将安装于支撑架一端的金属刷与圆盘边缘相接触,又将与圆盘相连接的转轴安装于支撑架另一端,就可以形成完整闭合电路。在这闭合电路中,串联一个检流计来测量电流。


          IP属地:北京6楼2015-05-18 16:38
          回复
            法拉第的解释
            在法拉第的“电磁感应模型”里,当闭合电路切割过磁场线时,会有感应电流生成于这闭合电路。按照这模型,当圆盘旋转或磁铁旋转时,应该会有感应电流流动于法拉第圆盘,而当磁铁与圆盘一同旋转时,应该不会出现感应电流。然而,这结果与实验结果迥然不同。法拉第试图解释这差异,他假定当磁铁旋转时,磁铁的整个磁场于其伴随的磁场线固定不动(注意到这是一个完全正确的绘景,虽然也许不太容易从电磁感应模型推理出来)。换句话说,磁场线的参考系与磁铁的参考系不同。
            在下一个段落,会有详细论述,现代物理学(自从发现电子之后)不需要电磁感应模型,就能够完全解释这吊诡。


            IP属地:北京8楼2015-05-18 16:43
            回复
              现代解释
              电子与洛伦兹力
              自从约瑟夫·汤姆孙于1897年发现电子之后,物理学者获得了微观解析这吊诡的能力。注意到移动于磁场 B 的电子会感受到洛伦兹力 F=qv×B ;其中,q是电子所带电荷量,v 是电子移动速度。
              如图1所示,呈旋转运动中的圆盘导体,其内部自由电子会感受到洛伦兹力。这洛伦兹力垂直于电子的速度 v ,也垂直于磁场B ,而磁场 B 又垂直于圆盘。所以,按照右手定则,这洛伦兹力的方向(对于电子)是反径向,即朝着转轴的方向;对于正价粒子,洛伦兹力的方向是径向,即朝着圆盘边缘的方向。
              当然,这径向力会生成动生电动势,造成电流流动于整个电路,因为它造成了电子的反径向移动。这电子的反径向运动又会生成另一股洛伦兹力,反抗随着圆盘旋转的电子圆周运动,这趋向于使圆盘旋转变慢。因此,只有倚赖不断地施加外力,圆盘才能持续旋转。由于圆盘持续旋转,电流也持续地流动于整个电路。这机制与实验观测相符合:每当圆盘旋转,就会生成电流,不论磁场的属性为何。
              应用洛伦兹力定律可以解释法拉第吊诡,但这也在学术界引起极大的争论——到底磁场是否随着磁铁旋转?
              按照洛伦兹力定律,磁场与导体之间的相对运动,直接地与作用于电荷的洛伦兹力有关,物理学者猜测,对于磁铁与圆盘共同旋转而电动势不为零的案例,磁场应该不会与磁铁共同旋转,否则,磁场就无法与圆盘呈相对运动。


              IP属地:北京9楼2015-05-18 16:46
              回复


                IP属地:北京10楼2015-05-18 16:54
                收起回复
                  法拉第感应定律不适用案例
                  如图4所示,光电导体长方块平移于两条平行导线。在某狭窄固定区域,照射强烈光波,施加强烈磁场。当长方块行经这狭窄固定区域时,被照射到的光电导体会出现导电性质。由于洛伦兹力定律,会有电流从顶方导线,经过这狭窄固定区域的光电导体,流动到底方导线,然后经过连接电路,回到顶方导线。对于这案例,电路固定不动,穿过电路的磁通量不变,所以,应用法拉第定律计算出来的电流为零。但是,洛伦兹力定律建议,电流实际存在。

                  这案例是根据物理大师理查·费曼想出来的点子,凸显法拉第定律(即连结电动势与磁通量之间的关系的版本,费曼称为“通量定则”)不适用于某些状况的事实。费曼这样说:[2]


                  IP属地:北京11楼2015-05-18 16:59
                  回复
                    视频来自:优酷


                    IP属地:北京12楼2015-05-18 17:29
                    回复
                      若带电粒子射入匀强磁场内,它的速度与磁场间夹角为0<θ<π/2这个粒子将作等距螺旋线运动(沿B方向的匀速直线运动和【垂直于B的匀速圆周运动】的和运动)。螺旋半径

                      以电子为例,设θ=90
                      电子绕转动中心旋转的
                      角速度=v/R=Bq/m--------------?
                      显然这是个定值,直觉。。应该=电子在磁场B中的拉莫尔进动角速度(e/2m)B
                      为什么差了1/2 ?
                      @feng1734 来看看是怎么回事。。
                      如果不差这个1/2,那么就可以确定【电子以某种方式保持着前进的方向】
                      换句话说,它的某根轴,始终与转动半径垂直
                      那只能是他的自转轴


                      IP属地:北京13楼2015-05-18 20:15
                      收起回复