Πώς μετακινείται ένα φορτισμένο σωματίδιο σε ένα μαγνητικό πεδίο, βιώνει τη δύναμη εκτροπής που το μέγιστο όταν κινείται το φορτίο;
Η δύναμη σε κινούμενη φόρτιση
Η δύναμη που βιώνει ένα φορτισμένο σωματίδιο που κινείται σε ένα μαγνητικό πεδίο περιγράφεται από τον νόμο περί δυνάμεων :
f =q (v x b)
Οπου:
* f είναι η δύναμη στο φορτισμένο σωματίδιο
* q είναι το μέγεθος της χρέωσης
* V είναι η ταχύτητα του φορτισμένου σωματιδίου
* b είναι η δύναμη του μαγνητικού πεδίου
* x αντιπροσωπεύει το σταυρό προϊόν
Το σταυρό προϊόν και η μέγιστη δύναμη
Το σταυροειδές προϊόν δύο φορέων είναι ένα τρίτο φορέα κάθετο και στους δύο αρχικούς φορείς. Το μέγεθος του διασταυρούμενου προϊόντος μεγιστοποιείται όταν οι δύο αρχικοί φορείς είναι κάθετοι.
* Μέγιστη δύναμη: Όταν ο φορέας ταχύτητας (V) είναι κάθετος στον φορέα μαγνητικού πεδίου (Β), το σταυρό προϊόν (V x B) μεγιστοποιείται. Αυτό σημαίνει ότι η μαγνητική δύναμη (F) που ενεργεί στο φορτισμένο σωματίδιο είναι επίσης στο μέγιστο του.
* μηδενική δύναμη: Όταν ο φορέας ταχύτητας είναι παράλληλο ή αντι-παράλληλο προς το διάνυσμα μαγνητικού πεδίου, το σταυρό προϊόν είναι μηδέν. Σε αυτή την περίπτωση, δεν υπάρχει μαγνητική δύναμη στο φορτισμένο σωματίδιο.
Οπτικοποίηση της δύναμης
Φανταστείτε ένα φορτισμένο σωματίδιο που κινείται μέσω ενός ομοιόμορφου μαγνητικού πεδίου.
1. Εάν το σωματίδιο μετακινηθεί κάθετα στις γραμμές μαγνητικού πεδίου, η δύναμη θα είναι μέγιστη και θα προκαλέσει το σωματίδιο να μετακινείται σε κυκλική διαδρομή.
2. Παράλληλη κίνηση: Εάν το σωματίδιο μετακινηθεί παράλληλα με τις γραμμές μαγνητικού πεδίου, δεν θα υπάρχει δύναμη στο σωματίδιο και θα συνεχίσει να κινείται σε ευθεία γραμμή.
3. γωνία μεταξύ: Εάν ο φορέας ταχύτητας κάνει μια γωνία με το διάνυσμα μαγνητικού πεδίου, η δύναμη θα είναι μικρότερη από τη μέγιστη τιμή του και θα προκαλέσει τη μετακίνηση του σωματιδίου σε ελικοειδές μονοπάτι (συνδυασμός κυκλικής και γραμμικής κίνησης).
Βασικά σημεία
* Η κατεύθυνση της μαγνητικής δύναμης είναι πάντα κάθετη τόσο στην ταχύτητα του φορτισμένου σωματιδίου όσο και στο μαγνητικό πεδίο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η δύναμη προκαλεί εκτροπή της διαδρομής του φορτισμένου σωματιδίου.
* Η αντοχή της μαγνητικής δύναμης εξαρτάται από το μέγεθος του φορτίου, την ταχύτητα του φορτισμένου σωματιδίου και τη δύναμη του μαγνητικού πεδίου.
* Η δύναμη σε ένα φορτισμένο σωματίδιο σε ένα μαγνητικό πεδίο είναι μια θεμελιώδη αρχή που χρησιμοποιείται σε πολλές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων των επιταχυντών σωματιδίων, των φασματόμετρα μάζας και των ηλεκτρικών κινητήρων.
