Síla elektromagnetického pole
Doposud jsme zkoumali elektrické i magnetické pole odděleně. Elektrické pole působí silou na elektricky nabitou částici bez ohledu na její pohyb, zatímco magnetické pole vyvíjí sílu pouze tehdy, když se náboj pohybuje. Obě tato působení se spojují do jednoho vztahu, který popisuje výslednou sílu působící na pohybující se náboj v elektromagnetickém poli. Tento vztah je známý jako Lorentzova síla. Ve vektorové podobě má tvar:
$$
\mathbf{F} = Q \cdot \mathbf{E} + Q \cdot (\mathbf{v} \times \mathbf{B})
$$
kde
\begin{align*}
Q &= \text{elektrický náboj částice (skalár)} \\
\mathbf{E} &= \text{intenzita elektrického pole (vektor)} \\
\mathbf{v} &= \text{rychlost pohybu náboje (vektor)} \\
\mathbf{B} &= \text{magnetická indukce (vektor)} \\
\times &= \text{vektorový součin (směr dle pravidla pravé ruky)}
\end{align*}
$$
První člen v rovnici odpovídá elektrostatickému působení, druhý člen zachycuje sílu magnetického pole, která je vždy kolmá jak na směr pohybu, tak na magnetické pole samotné.
Aplikace Lorentzovy síly
Lorentzova síla, především její magnetická složka, se uplatní všude tam, kde se vyskytuje magnetické pole a pohybující se náboj tedy i elektrický proud. Najdeme ji proto v elektrických strojích (motorech, generátorech) nebo v různých přístrojích (výkonových vypínačích). My si však ukážeme dvě méně obvyklé, ale zajímavé aplikace:
- Detekce nabitých částic
V praxi lze magnetickou složku Lorentzovy síly využít k určení vlastností subatomárních částic. Pokud nabitá částice proletí homogenním magnetickým polem, její dráha se zakřiví. Zakřivení závisí na velikosti náboje, hmotnosti a rychlosti částice. Tento jev je základem pro konstrukci mlžných komor a dalších detektorů používaných v částicové fyzice. Zatím největší „mlžná komora“ je součásti urychlovače v CERNu.
- Elektromagnetické kolejnicové dělo (railgun)
Další aplikací Lorentzovy síly je tzv. railgun, zařízení, které urychluje vodivý projektil pomocí elektromagnetického pole. Proud procházející kolejnicemi vytváří magnetické pole, které následně působí silou na samotný projektil. Urychlovací síla je dána zjednodušeným vztahem:
$$
\mathbf{F} = \mathbf{B} \cdot I \cdot \mathbf{l}
$$
Kontakt
nazornaelektrotechnika@gmail.com