ogarniam.edu.pl
Klasa
Zacznij naukę →Zacznij →

ogarniam.edu.pl · Fizyka · Pole magnetyczneklasa 3 LO · fiszki i quiz: ogarniam.edu.pl/lo/3/fizyka/sila-lorentza-i-sila-elektrodynamiczna/

Fizyka · Pole magnetyczne · kl. 3 · zakres rozszerzony

Siła Lorentza i siła elektrodynamiczna

Konkretne wzory na siłę, jaką pole magnetyczne działa na naładowaną cząstkę i na odcinek przewodu z prądem.

ok. 3 min czytania8 fiszek8 pytań w quizie🔊 Posłuchaj notatki

1Siła Lorentza

  • Oznaczenia: F — wartość siły [N]; q — ładunek cząstki [C]; v — szybkość [m/s]; B — indukcja magnetyczna [T]; α — kąt między wektorem prędkości (lub kierunkiem prądu) a wektorem B; I — natężenie prądu [A]; l — długość odcinka przewodu w polu [m].
Zapamiętaj

Siła Lorentza: F = ∣q∣ · v · B · sin α. Siła elektrodynamiczna (na przewodnik): F = B · I · l · sin α.

  • Dla α = 90° siła jest największa: F = ∣q∣ · v · B. Dla α = 0° lub 180° (ruch wzdłuż linii pola) siła jest zerowa.
  • Siła jest zawsze prostopadła do v i do B, więc nie wykonuje pracy i nie zmienia energii kinetycznej cząstki. Zwrot ustalasz regułą lewej dłoni dla ładunku dodatniego; dla ujemnego jest przeciwny.
  • Wzór na przewodnik wynika z siły Lorentza: prąd to ładunki w ruchu, a im dłuższy odcinek w polu, tym więcej ładunków. Z F = B·I·l wynika jednostka 1 T = 1 N/(A·m).
NSBFprąd za rysunek (⊗)NSBFprąd przed rysunek (⊙)reguła lewej dłoni: B w dłoń, palce – I, kciuk – F
Zwrot siły elektrodynamicznej zależy od zwrotu prądu i pola (reguła lewej dłoni)

2Przykład 1: proton

  • Dane: q = 1,6·10−⁠19 C, v = 106 m/s, B = 0,1 T, α = 90°.
  • Wzór: F = ∣q∣ · v · B · sin α.
  • Obliczenia: F = 1,6·10−⁠19 · 106 · 0,1 · 1 N = 1,6·10−⁠14 N.
  • Odpowiedź: F = 1,6·10−⁠14 N.
Sprawdź, czy rozumiesz

Elektron i proton wpadają z tą samą prędkością prostopadle w to samo pole magnetyczne. Siły Lorentza działające na nie mają

3Przykład 2: przewód

  • Dane: l = 0,2 m, I = 5 A, B = 0,3 T; przewód najpierw prostopadły do linii pola (α = 90°), potem ustawiony pod kątem α = 30°.
  • Wzór: F = B · I · l · sin α.
  • Obliczenia: dla α = 90°: F = 0,3 · 5 · 0,2 · 1 N = 0,3 N; dla α = 30°: F = 0,3 N · sin 30° = 0,3 N · 0,5 = 0,15 N.
  • Odpowiedź: F = 0,3 N (α = 90°) i F = 0,15 N (α = 30°).
Uwaga na błąd

Wstawianie cos α zamiast sin α albo kąta między przewodem a płaszczyzną rysunku. α to zawsze kąt między prędkością (prądem) a wektorem B.

✎Ściąga: Siła Lorentza i siła elektrodynamiczna

Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.

  • Siła Lorentza: F = ∣q∣ · v · B · sin α. Siła elektrodynamiczna (na przewodnik): F = B · I · l · sin α.
  • Oznaczenia: F — wartość siły [N]; q — ładunek cząstki [C]; v — szybkość [m/s]; B — indukcja magnetyczna [T]; α — kąt między wektorem prędkości (lub kierunkiem prądu) a wektorem B; I — natężenie prądu [A]; l — długość odcinka przewodu w polu [m].
  • Dane: q = 1,6·10−⁠19 C, v = 106 m/s, B = 0,1 T, α = 90°.
  • Wzór: F = ∣q∣ · v · B · sin α.
  • Obliczenia: F = 1,6·10−⁠19 · 106 · 0,1 · 1 N = 1,6·10−⁠14 N.
  • Odpowiedź: F = 1,6·10−⁠14 N.
  • Dane: l = 0,2 m, I = 5 A, B = 0,3 T; przewód najpierw prostopadły do linii pola (α = 90°), potem ustawiony pod kątem α = 30°.
  • Wzór: F = B · I · l · sin α.

?Quiz: powtórz przed kartkówką

8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.

  1. Wartość siły Lorentza działającej na ładunek q o prędkości v w polu B (α – kąt między v i B) to

    1. AF = ∣q∣·B/v
    2. BF = ∣q∣·v·B·cos α
    3. CF = ∣q∣·v/B
    4. DF = ∣q∣·v·B·sin α
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: F = ∣q∣·v·B·sin α – Siła jest największa, gdy v jest prostopadłe do B (sin α = 1), a zerowa przy ruchu wzdłuż pola.

  2. Proton (1,6·10−⁠19 C) o prędkości 106 m/s wpada prostopadle w pole B = 0,1 T. Siła Lorentza wynosi

    1. A0 N
    2. B1,6·10−⁠12 N
    3. C1,6·10−⁠14 N
    4. D1,6·10−⁠13 N
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: 1,6·10−⁠14 N – F = ∣q∣vB = 1,6·10−⁠19·106·0,1 N = 1,6·10−⁠14 N.

  3. Jaka jest siła Lorentza, gdy ładunek porusza się równolegle do linii pola?

    1. Azero
    2. Bnajwiększa możliwa
    3. Crówna ∣q∣·v
    4. Drówna ∣q∣·B
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: zero – Dla α = 0° sin α = 0, więc siły nie ma.

  4. Odcinek przewodu o długości 0,2 m z prądem 5 A jest prostopadły do linii pola 0,3 T. Siła elektrodynamiczna wynosi

    1. A0,3 N
    2. B0,03 N
    3. C0,15 N
    4. D3 N
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: 0,3 N – F = B·I·l = 0,3·5·0,2 N = 0,3 N.

  5. Ten sam przewód (0,2 m, 5 A, 0,3 T) ustawiono pod kątem 30° do linii pola. Siła wynosi

    1. A0,26 N
    2. B0,3 N
    3. C0,6 N
    4. D0,15 N
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: 0,15 N – F = B·I·l·sin 30° = 0,3 N · 0,5 = 0,15 N (0,26 N wychodzi z cos 30°).

  6. Dlaczego siła Lorentza nie wykonuje pracy?

    1. AZależy od masy cząstki
    2. BDziała tylko na cząstki w spoczynku
    3. CJest prostopadła do prędkości
    4. DJest bardzo mała
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: Jest prostopadła do prędkości – Praca siły prostopadłej do przemieszczenia jest równa zeru, więc energia kinetyczna się nie zmienia.

  7. Elektron i proton wpadają z tą samą prędkością prostopadle w to samo pole magnetyczne. Siły Lorentza działające na nie mają

    1. Arówne wartości i przeciwne zwroty
    2. Bwartość zero dla elektronu
    3. Cróżne wartości, bo cząstki mają różne masy
    4. Drówne wartości i zgodne zwroty
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: równe wartości i przeciwne zwroty – ∣q∣ obu cząstek wynosi 1,6·10−⁠19 C, więc wartości są równe, a znak ładunku odwraca zwrot.

  8. Jednostkę indukcji magnetycznej wyznaczoną z F = B·I·l można zapisać jako

    1. AA/(N·m)
    2. BN/(A·m)
    3. CN·A·m
    4. DN·m/A
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: N/(A·m) – B = F/(I·l), więc 1 T = 1 N/(A·m).

Cały dział „Pole magnetyczne”: ściąga i próbny sprawdzian →

Kartkówka albo sprawdzian już blisko?

Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.

Rozwiąż quiz · 8 pytańFiszki · 8🔊 Posłuchaj notatki

Więcej: Fizyka, klasa 3

Ładunek elektryczny i pole elektryczneKondensator – magazyn energii polaPrawo CoulombaNatężenie pola elektrycznegoEnergia potencjalna, potencjał i napięciePrzewodnik w polu i kondensator płaskiNatężenie, napięcie i prawo OhmaOpór przewodnika i charakterystyki I(U)I prawo Kirchhoffa i napięcia ogniwOpór zastępczy i II prawo KirchhoffaSEM i opór wewnętrzny ogniwaMoc, energia i dane znamionoweCiepło Joule’a–LenzaDioda i instalacja domowaMagnesy i linie pola magnetycznegoIndukcja magnetycznaSiła magnetyczna na ładunek i przewodnik z prądemTor cząstki, silnik i przewody równoległeFerromagnetyki i pole magnetyczne ZiemiIndukcja elektromagnetyczna i prądnicaStrumień, SEM indukcji i reguła LenzaPrąd przemiennyWartości skuteczne napięcia i natężeniaTransformator i przesył energiiFale elektromagnetyczne i widmoNatężenie faliDyfrakcja i interferencja na szczelinachSiatka dyfrakcyjnaEfekt Dopplera – wzórZałamanie światła i kąt granicznySoczewki cienkie i obrazyPolaryzacja, prawo Malusa i laserFoton, widma i poziomy energii atomuZjawisko fotoelektryczne i jonizacjaIzotopy i promieniowanie jądroweCzas połowicznego rozpaduDeficyt masy i energia wiązaniaRozszczepienie, synteza i energia gwiazdPromieniowanie jonizujące a organizmFizyka współczesna – treści fakultatywneDoświadczenia z klasy III i opis wynikuDoświadczenia R, model i uzasadnienieRuch harmoniczny – wychylenie, prędkość, przyspieszenieSprężyna, wahadło, energia i rezonansBilans cieplny i przemiany fazoweGaz doskonały – równanie Clapeyrona i przemianyModel kinetyczny gazu i ciepło moloweSilniki cieplne i II zasada termodynamiki