Lực lorenxơ là gì? Phương, chiều và độ lớn của lực lorenxơ?

1. Lực Lorenxơ là gì?

1.1. Định nghĩa về lực Lorenxơ:

khi có dòng điện chạy qua một dây dẫn kim loại đặt trong một từ trường, các electron di chuyển trong dây dẫn sẽ tương tác với từ trường và trải qua lực tác động. Điều này là cơ sở của hiện tượng Lực Lorentz trong điện từ học.

Lực Lorentz được mô tả trong thể công thức mà tôi đã đề cập trước đó, và nó thể hiện cách mà từ trường và điện trường tương tác với các hạt mang điện chuyển động. Lực Lorentz đẩy các electron di chuyển trong dây dẫn theo một hướng cụ thể, và tạo ra áp lực trong dây dẫn, làm nó chuyển động hoặc biến dạng tùy thuộc vào điều kiện cụ thể.

Thí nghiệm có thể được thực hiện để chứng minh hiện tượng này. Ví dụ, một dây dẫn dẫn điện có thể được đặt trong một từ trường tạo ra bởi một nam châm. Khi dòng điện chạy qua dây dẫn, dây sẽ cảm nhận lực tác động của từ trường và bắt đầu chuyển động. Điều này có thể thấy rõ hơn khi dây dẫn được treo giữa hai nam châm, và khi dòng điện được bật lên, dây dẫn sẽ di chuyển theo một hướng cụ thể do ảnh hưởng của từ trường.

Trong tóm tắt, Lực Lorentz là hiện tượng tương tác giữa các hạt mang điện chuyển động và từ trường. Hiện tượng này có thể được chứng minh thông qua các thí nghiệm thực tế, ví dụ như việc đặt dây dẫn dẫn điện trong một từ trường và quan sát sự tác động của lực tác động lên dây dẫn

1.2. Đặc điểm của lực Lorenxơ:

Lực Lorentz là một lực quan trọng trong điện từ học, tác động lên các hạt điện tích khi chúng di chuyển trong một từ trường. Dưới đây là các đặc điểm chính của lực Lorentz:

Tương tác điện từ: Lực Lorentz là tương tác giữa điện tích và từ trường. Điện tích của hạt tạo ra lực và từ trường tạo ra lực phản ứng. Lực này đóng vai trò quan trọng trong các hiện tượng và ứng dụng điện từ, như động cơ điện, máy phát điện, và các thiết bị điện từ khác.

Phụ thuộc vào vận tốc và từ trường: Độ lớn của lực Lorentz phụ thuộc vào vận tốc của hạt điện tích và cảm ứng từ của từ trường. Khi vận tốc hoặc cảm ứng từ thay đổi, độ lớn của lực Lorentz cũng thay đổi tương ứng.

Phương vuông góc với mặt phẳng: Lực Lorentz luôn nằm trong mặt phẳng được tạo bởi vector vận tốc của hạt và vector từ trường. Điều này có nghĩa là phương của lực Lorentz luôn vuông góc so với mặt phẳng chứa vận tốc và từ trường.

Chiều theo quy tắc bàn tay trái: Chiều của lực Lorentz được xác định bởi quy tắc bàn tay trái. Khi bạn mở rộng bàn tay trái của bạn sao cho ngón cái theo hướng từ trường và ngón giữa theo hướng vận tốc, ngón áp út sẽ chỉ hướng của lực Lorentz.

Góc tạo bởi vận tốc và từ trường: Độ lớn của lực Lorentz phụ thuộc vào góc tạo bởi vận tốc và từ trường. Khi góc này là 0° hoặc 180°, lực Lorentz sẽ bằng 0. Khi góc là 90°, độ lớn của lực Lorentz đạt đến giá trị cực đại.

Khả năng thay đổi hướng: Lực Lorentz có khả năng thay đổi hướng khi hạt điện tích thay đổi hướng di chuyển hoặc từ trường thay đổi hướng. Điều này có thể dẫn đến các hiện tượng như chuyển động quay (hoặc hiện tượng quay lôi) trong các thiết bị điện từ.

Quan trọng trong các hiện tượng điện từ: Lực Lorentz là cơ sở cho nhiều hiện tượng quan trọng trong điện từ học, chẳng hạn như tạo ra dòng điện trong dây dẫn di chuyển trong từ trường, tạo lực đẩy và lực kéo trong máy phát điện và động cơ điện, và tạo ra hiện tượng đôi cánh trong các ống chân không.

Tổng kết, lực Lorentz là một khía cạnh quan trọng trong lĩnh vực điện từ học, đóng vai trò quan trọng trong việc hiểu và giải thích nhiều hiện tượng và ứng dụng liên quan đến tương tác giữa điện tích và từ trường.

2. Phương, chiều và độ lớn của lực lorenxơ?

Phương của Lực Lorentz: Khi một hạt điện tích di chuyển trong một từ trường, lực Lorentz tác động lên hạt này luôn nằm trong mặt phẳng được tạo bởi hai vector quan trọng: vector vận tốc (v) của hạt và vector từ trường (B). Điều này có nghĩa rằng phương của lực Lorentz là vuông góc so với mặt phẳng chứa v và B. Khi hạt di chuyển và từ trường cùng hướng, góc giữa v và B là 0°, khi đó, $\sin (0°)=0$, và lực Lorentz sẽ bằng 0. Ngược lại, khi hạt di chuyển và từ trường đối hướng, góc giữa chúng là 180°, $\sin (180°)=0$, và lực Lorentz cũng bằng 0. Do đó, lực Lorentz chỉ xuất hiện khi hạt di chuyển và từ trường tạo một góc không phải 0° hoặc 180°.

Chiều của Lực Lorentz: Chiều của lực Lorentz được xác định bởi quy tắc bàn tay trái. Để áp dụng quy tắc này, bạn có thể mở rộng bàn tay trái của bạn sao cho ngón cái, ngón áp út và ngón giữa tạo thành một mặt phẳng. Khi đó, ngón cái sẽ chỉ hướng của từ trường (B), ngón giữa chỉ hướng của vận tốc (v) và ngón áp út sẽ chỉ hướng của lực Lorentz (FL​). Nếu điện tích của hạt là dương, thì chiều của FL​ sẽ theo hướng của ngón áp út; nếu điện tích của hạt là âm, thì chiều của FL​ sẽ ngược chiều với hướng của ngón áp út.

Độ lớn của Lực Lorentz: Công thức để tính độ lớn của lực Lorentz (FL​) đã được đề cập trước đó:  FL​=qvBsin(α)

Trong đó:

$q$ là điện tích của hạt điện tích.

$v$ là vận tốc của hạt điện tích.

$B$ là cảm ứng từ của từ trường.

$\alpha$ là góc tạo bởi v và B.

Công thức này cho biết rằng độ lớn của lực Lorentz phụ thuộc vào giá trị của điện tích, vận tốc, cảm ứng từ của từ trường và góc tạo bởi v và B. Khi góc $\alpha$ giữa v và B tạo ra góc 90°, $\sin (90°)=1$, và độ lớn của lực Lorentz sẽ đạt đến giá trị cực đại.

Tóm lại, lực Lorentz có phương vuông góc với mặt phẳng tạo bởi vận tốc và từ trường, có chiều theo quy tắc bàn tay trái, và độ lớn được xác định bởi công thức: FL​=qvBsin(α). Hiểu rõ các khía cạnh này giúp chúng ta hiểu sâu hơn về tương tác giữa dòng điện và từ trường trong điện từ học.

Xác định lực Lo-ren-xơ:

Lực Lorentz ($F$) là lực tác động lên một hạt mang điện tích ($q$) đang di chuyển trong một từ trường ($B$) với vận tốc ($v$) tạo thành một góc ($\alpha$) với hướng của từ trường. Công thức xác định lực Lorentz là: $F=qvB\sin (\alpha )$

Trong công thức này:

$–\; F$ là lực Lorentz tác động lên hạt điện tích.

$–\; q$ là điện tích của hạt điện tích.

$–\; v$ là vận tốc của hạt điện tích.

$–\; B$ là từ trường tác động lên hạt điện tích.

$–\; \alpha$ là góc tạo bởi hướng vận tốc (v) và hướng từ trường ($B$).

Lực Lorentz luôn tương tác vuông góc với hướng của cả vận tốc ($v$) và từ trường ($B$), và độ lớn của lực được xác định bởi $qvB\sin (\alpha )$. Nếu góc ($\alpha$) bằng 0° hoặc 180°, tức là hướng vận tốc và hướng từ trường là cùng chiều hoặc ngược chiều nhau, thì $\sin (\alpha )$ sẽ bằng 0, nghĩa là lực Lorentz sẽ bằng 0.

Công thức trên là một cách cơ bản để xác định lực Lorentz trong môi trường từ trường. Lực Lorentz chịu trách nhiệm cho nhiều hiện tượng quan trọng trong điện từ học, chẳng hạn như tạo ra lực đẩy và lực kéo trong động cơ điện, máy phát điện, và các thiết bị khác mà dựa trên tương tác giữa dòng điện và từ trường.

3. Bài tập về lực Lorenxơ:

Bài tập 1: So sánh trọng lượng của hạt electron với độ lớn của lực Lo-ren-xơ tác dụng lên hạt điện tích này khi nó bay với vận tốc 2,5.107 m/s theo phương vuông góc với các đường sức của từ trường đều có cảm ứng từ 2,0.10-4 T. Electron có khối lượng m = 9,1.10-31 kg và điện tích -e = -1,6.10-19 C. Lấy g = 9,8 m/s2.

Bài giải:

– Trọng lượng của electron (Pe​) được tính bằng khối lượng ($m$) nhân với gia tốc trọng trường ($g$):

Pe​=mg=9.1×10−31×9.8=8.82×10−30N

– Độ lớn của lực Lorentz ($f$) được tính bằng công thức đã được đề cập: f=∣e∣vBsin(90∘)=1.6×10−19×2.5×107×2×10−4=8×10−16N

– So sánh giữa trọng lượng của electron và độ lớn của lực Lorentz: Pe​<f, vì 8.82×10−30<8×10−16

Kết quả này cho thấy rằng độ lớn của lực Lorentz tác động lên electron khi nó bay với vận tốc 2.5×107 m/s2.5×107m/s trong từ trường có cảm ứng 2×10−4 T2×10−4T lớn hơn rất nhiều so với trọng lượng của electron. Do đó, trong tình huống này, ta có thể bỏ qua trọng lượng của electron khi tính toán độ lớn của lực Lorentz.

Bài tập 2: Bắn vuông góc một proton có điện tích +1,6.10^-19 C vào một từ trường đều có cảm ứng từ B = 0,5T. Biết proton có vận tốc v = 5000 m/s. Hãy tính độ lớn lực Lorenxo tác dụng lên proton.

Bài giải:

Lực Lorentz tác động lên proton ($f$) được tính bằng công thức:

f=∣qp​∣vBsin(90∘)=1.6×10−19×5000×0.5=4×10−16N

Kết quả cho thấy độ lớn của lực Lorentz tác động lên proton có điện tích +1.6×10−19 C+1.6×10−19C khi nó di chuyển với vận tốc $5000\text{m/s}$ trong từ trường có cảm ứng $0.5\text{T}$ là 4×10−16 N4×10−16N.