勵志

勵志人生知識庫

羅倫茲力推導

洛倫茲力的推導可以通過以下步驟進行:

定義洛倫茲力:洛倫茲力是帶電粒子在磁場中受到的作用力,其大小為 (F = qvB),其中 (q) 是粒子的電荷量,(v) 是粒子的速度,(B) 是磁感應強度

安培力的微觀解釋:安培力 (F_{安} = BIL) 是洛倫茲力的巨觀表現。考慮一段長度為 (L) 的導線,通過的電流為 (I),那麼導線受到的安培力 (F_{安}) 可以看作是所有導線中自由電荷受到的洛倫茲力的合力。

推導洛倫茲力公式:

假設導線橫截面積為 (S),單位體積內有 (n) 個自由電荷,每個電荷的電量為 (q),定向運動的速度為 (v)。

在時間 (\Delta t) 內,通過導線截面的電荷量為 (\Delta Q = nqSv\Delta t)。

因此,通過導線的電流強度 (I = \Delta Q/\Delta t = nqSv)。

將電流強度代入安培力公式,得到 (F_{安} = BIL = BnqSvL^2)。

由於 (F_{安}) 是所有自由電荷受到的洛倫茲力的合力,每個自由電荷受到的洛倫茲力為 (f = qvB)。

方向判斷:洛倫茲力的方向可以通過左手定則判斷。伸開左手,使拇指與其餘四個手指垂直,並且都與手掌處於同一水平面,讓磁感線從掌心進入,四指指向正電荷運動的方向,拇指指的方向即洛倫茲力的方向。

特殊情況:當磁場與粒子運動方向垂直時,洛倫茲力的大小和方向最為簡單。如果磁場與粒子運動方向不垂直,需要將速度分解到垂直和平行於磁場的方向上,或者將磁感應強度分解到垂直和平行於速度的方向上,使用垂直分量計算洛倫茲力。

通過以上步驟,我們可以推導出洛倫茲力的公式,並理解其方向性。