Primenenie-sily-Lorenca (2)

1.

Применение силы Лоренца
Никита Белоусов

2.

Что такое сила Лоренца?
Сила Лоренца — это фундаментальная электромагнитная сила, действующая на электрически заряженную частицу,
движущуюся в магнитном поле. Она объясняет, как магнитные поля взаимодействуют с движущимися зарядами.
Где:
F — сила Лоренца, [Н]
q — электрический заряд частицы, [Кл]
v — скорость движения частицы, [м/с]
B — индукция магнитного поля, [Тл]
α — угол между вектором скорости частицы и вектором магнитной индукции
Определить направление силы Лоренца можно по правилу левой руки

3.

Главное свойство силы Лоренца
Сила Лоренца — это
центростремительная сила.
Поскольку сила Лоренца всегда перпендикулярна
вектору скорости движущейся заряженной частицы,
она не совершает механическую работу и не
изменяет кинетическую энергию частицы. Её
единственное действие — это изменение направления
движения.
В однородном магнитном поле это приводит к тому,
что заряженная частица движется по окружности.
Это свойство лежит в основе многих технологий, где
требуется управлять движением заряженных частиц.

4.

Применение №1: Масс-спектрометры
Масс-спектрометры — это высокоточные приборы, используемые для определения массы атомов и молекул, а
также для разделения изотопов. Они незаменимы в научных исследованиях и прикладных задачах.
Принцип работы
Ионы разгоняются электрическим полем, а затем попадают
в магнитное поле, где сила Лоренца искривляет их
траекторию
Чем тяжелее ион, тем меньше кривизна траектории
Детектор фиксирует место попадания и определяет
массу
Области применения
Масс-спектрометрия широко используется в химии (идентификация соединений), биологии (анализ белков), медицине
(диагностика заболеваний) и археологии (радиоуглеродный анализ для датировки артефактов).

5.

Применение №2: Ускорители заряженных
частиц
Ускорители заряженных частиц, такие как знаменитый Большой
адронный коллайдер (БАК) в ЦЕРН, являются гигантскими
установками, где частицы разгоняются до скоростей, близких к
скорости света.
Как это работает?
Магнитное поле с помощью силы Лоренца удерживает частицы
(протоны, электроны) на круговой орбите, не давая им улететь, в то
время как электрическое поле их разгоняет.
Цель таких ускорителей: изучение фундаментальных законов физики,
воссоздание условий, существовавших сразу после Большого Взрыва,
и поиск новых элементарных частиц.

6.

Применение №3: Электронно-лучевые приборы
(ЭЛТ)
До появления плоских экранов, телевизоры, мониторы и осциллографы использовали электронно-лучевые трубки (ЭЛТ)
— технологию, целиком основанную на силе Лоренца.
Как это работало?
Электронная пушка испускает пучок электронов
Магнитные отклоняющие катушки создают переменное
поле.
Сила Лоренца управляет пучком, заставляя его «рисовать»
изображение построчно на люминесцентном экране.
ЭЛТ-технологии хотя и вытеснены, но остаются ярким примером применения силы Лоренца в повседневной жизни.

7.

Применение №4: Магнитное поле в космосе и
на Земле
Защитный щит Земли: Магнитосфера
Земля обладает собственным мощным магнитным полем, которое
формирует вокруг нашей планеты так называемую магнитосферу.
Эта магнитосфера действует как невидимый щит, защищая нас от
потоков высокоэнергетических заряженных частиц, идущих от Солнца
(солнечный ветер) и из дальнего космоса.
Сила Лоренца отклоняет эти опасные частицы, заставляя их двигаться
по спиральным траекториям вдоль линий магнитного поля, тем
самым предотвращая их попадание на поверхность Земли и защищая
всё живое от губительной радиации.

8.

Заключение
Фундаментальная сила
Сила Лоренца — это одна из
ключевых сил в природе,
определяющая взаимодействие
магнитных полей с движущимися
зарядами.
Широкий спектр
применений
От повседневных устройств до
сложнейших научных установок —
её принципы используются
повсеместно.
Открытия и инновации
Понимание и использование силы
Лоренца продолжает
стимулировать научные открытия и
технологические инновации.