Действие магнитного поля на движущийся заряд

Источником магнитного поля являются движущиеся заряды. Покоящиеся заряды магнитное поле не создают. Действует магнитное поле тоже только на движущиеся заряды, на покоящиеся заряды оно никакого действия не оказывает.

Силу, с которой магнитное поле действует на движущуюся заряженную частицу, называют силой Лоренца.

В конце XIX в. нидерландский физик X. А. Лоренц установил, что эта сила всегда перпендикулярна направлению движения частицы и силовым линиям магнитного поля, в котором эта частица движется.

Направление силы Лоренца можно определить с помощью правила левой руки:

если расположить левую ладонь руки так, чтобы четыре вытянутых пальца указывали направление движения заряда, а силовые линии магнитного поля входили в ладонь, то отставленный большой палец укажет направление силы Лоренца, действующей на положительный заряд (рис. 63); если заряд частицы отрицательный, то сила Лоренца будет направлена в противоположную сторону.

Действуя под прямым углом к скорости частицы, сила Лоренца не может ни ускорить, ни замедлить ее движение; она лишь искривляет траекторию частицы, заставляя ее двигаться по кривой линии.

Действие магнитного поля на движущиеся заряды используют для управления потоком электронов внутри кинескопов телевизоров. Кинескоп (рис. 64) представляет собой вакуумный баллон 1, в котором находится источник электронов 2. Магнитное поле катушек с током 3 позволяет управлять электронным пучком (лучом) 4. Экран кинескопа 5 покрыт специальным веществом, которое под действием ударов электронов начинает светиться. Действуя на летящие внутри кинескопа электроны, можно с помощью магнитного поля изменять их траекторию, а с помощью электрического поля скорость полета. Направляя электроны в разные точки экрана, можно заставить его светиться в соответствии с передаваемым изображением.

Если поднести магнит к экрану работающего телевизора, то можно увидеть, как изображение исказится. Это искажение будет вызвано изменением траектории полета электронов под действием магнитного поля поднесенного магнита.

Действие магнитного поля на движущиеся заряженные частицы может быть использовано для получения электрического тока.

Обратимся к опыту. Присоединим концы длинного (1 —1,5 м) провода к зажимам гальванометра и, взяв провод двумя руками, начнем перемещать его в вертикальной плоскости между полюсами дугообразного магнита (рис. 65, а). Мы увидим, как стрелка прибора отклонится, показывая, что в цепи появился ток.

Для объяснения причины возникновения тока обратимся к рисунку 65, б, где изображен участок провода и несколько электронов, находящихся внутри его. Крестиками на рисунке обозначены магнитные силовые линии, направленные перпендикулярно плоскости рисунка в сторону от наблюдателя. Если провод будет двигаться вверх, то вместе с ним будут двигаться и электроны. При этом на каждый из них начнет действовать сила Лоренца, направление которой можно определить по правилу левой руки. Под действием этой силы электроны начнут смещаться вправо (вдоль провода), что и будет означать появление в нем тока.

Возможность получения тока с помощью магнитного поля лежит в основе работы мощных источников тока — электрических генераторов.

Генератором электрического тока называют машину, преобразующую механическую энергию вращения в электрическую энергию тока. Основными частями генератора постоянного тока являются магнит и находящаяся между его полюсами проволочная обмотка (якорь). Когда якорь начинает вращаться, в его обмотке и в подключенной к генератору цепи возникает электрический ток.

Причиной возникновения тока в таком генераторе является действие силы Лоренца на свободные электроны, движущиеся вместе с вращающейся обмоткой между полюсами магнита.

Ток можно получить и в том случае, если обмотку якоря оставить в покое, а магнит, наоборот, вращать вокруг нее. Такие конструкции генераторов тоже существуют. Однако причина появления тока в них иная. Направленное движение электронов в обмотке генератора такого типа возникает в этом случае под действием не магнитного, а электрического поля. Это поле порождается изменяющимся магнитным полем вращающегося магнита.

Явление порождения электрического поля переменным магнитным полем называется электромагнитной индукцией. Более подробно это явление будет изучено в старших классах.

Для приведения во вращение подвижной части генератора используют двигатели внутреннего сгорания, а также паровые турбины и гидротурбины, установленные на электростанциях.

До создания генераторов для получения тока использовались лишь химические источники тока. Изобретение генераторов совершило революцию в технике. Именно с их помощью сегодня вырабатывается та электроэнергия, без которой уже немыслима современная жизнь.

??? 1. На какие заряды способно действовать магнитное поле? 2. Какую силу называют силой Лоренца? 3. Как устроен кинескоп телевизора? 4. Сформулируйте правило левой руки. 5. Опишите опыт, в котором с помощью магнитного поля можно получить электрический ток. 6. Как устроен генератор постоянного тока? 7. Что такое электромагнитная индукция?