洛伦兹力的计算遵循左手定则。
当将左手放入磁场中,让磁感线垂直穿入手心,手心对准N极,手背对准S极,四指指向电流方向(即正电荷的运动方向v),拇指所指的方向即为导体或正电荷受到的洛伦兹力的方向。
这个力的作用是垂直于v和B所决定的平面。
如果q代表负电荷,那么力的方向将会相反。
由于洛伦兹力始终垂直于电荷速度方向和磁场方向构成的平面,因此它不会对电荷做功,也不会改变电荷的运动速率或动能,而只会改变电荷的运动方向。
磁通量的变化产生的动生电动势同样是洛伦兹力的结果,洛伦兹力是非静电力,它是产生动生电动势的驱动力。
洛伦兹力的性质包括:
1.在国际单位制中,洛伦兹力的单位是牛顿,符号为N。
2.洛伦兹力的方向总是与电荷的运动方向垂直(更准确地说,是垂直于速度方向和磁场方向所构成的平面)。
当电荷的运动方向与磁场方向平行时,洛伦兹力为零。
当电荷的运动方向与磁场方向垂直时,洛伦兹力达到最大值,即F=qvB。
3.洛伦兹力永远不做功。(在电荷受到束缚的情况下,洛伦兹力的分量可能会做功,但其总功一定为零。这一点将在后续内容中详细讨论。)。
4.洛伦兹力的方向会随着电荷运动方向的改变而改变。洛伦兹力不会改变电荷的速率和动能,它只能改变电荷的运动方向。
判断洛伦兹力是左手还是右手
运动电荷在磁场中所受的力称为洛伦兹力。
为了判断洛伦兹力的方向,应使用左手定则。
具体操作是,伸开左手,使拇指与其余四个手指垂直,并且都与手掌处于同一水平面,让磁感线从掌心进入,四指指向正电荷的运动方向,拇指所指的方向即为洛伦兹力的方向。
洛伦兹力的数学表达式称为洛伦兹力方程,公式为F=Bqvsinθ,其中θ是电荷运动方向与磁场方向之间的夹角。
安培力是洛伦兹力在宏观层面的表现。
通过安培力的公式,我们可以推导出洛伦兹力的表达式。
安培力的公式为F=BIL,其中I是电流,可以表示为电荷Q随时间t的流动速率,即I=Q/t。
将电流的表达式代入安培力公式,我们得到F=BL(Q/t)=QvB,这个推导过程是从宏观现象推导到微观电子层面。
反之,从微观层面推导到宏观层面,我们得到F=BIL=BnqsvL=NBqv,即安培力F等于洛伦兹力f的总和。
洛伦兹对科学的贡献是多方面的。
1880年,他精确测定了热功当量,得到的结果是426.2kg*m/kcal。
1881年,他根据霍尔效应解释了磁致旋光现象,并推导出了罗兰磁致旋光方程与麦克斯韦旋光方程的等价性。
洛伦兹最重要的贡献是对经典电磁理论的补充和发展。
1896年,他创立了经典电子论,这一理论成功解释了物质中的一系列电磁现象以及物质在电磁场中运动的效果。
同年,他的学生塞曼发现了原子光谱在磁场中的分裂现象,即塞曼效应,洛伦兹随后用经典电磁理论解释了这一现象。
由于在磁光效应方面的发现,洛伦兹与塞曼共同获得了1902年的诺贝尔物理学奖。
此外,洛伦兹还确定了电子在磁场中所受的力,即“洛伦兹力”。
为了解释迈克耳孙-莫雷实验的结果,1904年洛伦兹提出了洛伦兹变换和质量与速度关系式,这为爱因斯坦创立狭义相对论奠定了基础。
洛伦兹于1928年2月4日在哈勒姆逝世,荷兰全国电讯、电话中止了三分钟,以哀悼这位杰出的科学家。
爱因斯坦在悼词中称赞洛伦兹是“我们时代最伟大、最高尚的人。
”为了纪念洛伦兹,荷兰政府决定从1945年起,将每年的洛伦兹生日定为“洛伦兹节”。
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