ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ່ສົນທະນາກ່ຽວກັບແຮງຕໍ່ປະຈຸໄຟຟ້າທີ່ເຄື່ອນທີ່

ຕົວຢ່າງຄຳຖາມທີ່ສົນທະນາກ່ຽວກັບແຮງຕໍ່ປະຈຸໄຟຟ້າທີ່ເຄື່ອນທີ່

Pendahuluan
ຟີຊິກສາດແມ່ນການສຶກສາປະກົດການທຳມະຊາດ, ລວມທັງແຮງທີ່ກະທຳຕໍ່ວັດຖຸຕ່າງໆ. ຫົວຂໍ້ທີ່ໜ້າສົນໃຈອັນໜຶ່ງທີ່ຖືກສົນທະນາເລື້ອຍໆແມ່ນແຮງທີ່ກະທຳຕໍ່ປະຈຸໄຟຟ້າ, ໂດຍສະເພາະໃນສະພາບການຂອງສະໜາມໄຟຟ້າ ແລະ ແມ່ເຫຼັກ. ແຮງທີ່ກະທຳຕໍ່ປະຈຸໄຟຟ້າ ຫຼື ແມ່ເຫຼັກແມ່ນເປັນທີ່ຮູ້ຈັກກັນໃນນາມແຮງ Lorentz. ບົດຄວາມນີ້ຈະປຶກສາຫາລືບັນຫາຕົວຢ່າງຫຼາຍຢ່າງ ແລະ ການສົນທະນາກ່ຽວກັບແຮງທີ່ກະທຳຕໍ່ປະຈຸໄຟຟ້າ.

ກຳລັງ Lorentz

ແຮງລໍເຣນຊ໌ ແມ່ນການລວມກັນຂອງແຮງໄຟຟ້າ ແລະ ແຮງແມ່ເຫຼັກທີ່ກະທຳຕໍ່ປະຈຸໄຟຟ້າທີ່ເຄື່ອນທີ່ໃນສະໜາມໄຟຟ້າ ແລະ ສະໜາມແມ່ເຫຼັກ. ໃນທາງຄະນິດສາດ, ແຮງລໍເຣນຊ໌ (F) ສາມາດສະແດງອອກໄດ້ໂດຍສົມຜົນ:

\[ \mathbf{F} = q (\mathbf{E} + \mathbf{v} \times \mathbf{B}) \]

ຢູ່ໃສ:
– \( \mathbf{F} \) ແມ່ນກຳລັງ Lorentz
-\(q\) ແມ່ນປະຈຸໄຟຟ້າ
- \( \mathbf{E} \) ແມ່ນສະໜາມໄຟຟ້າ
– \( \mathbf{v} \) ແມ່ນຄວາມໄວຂອງປະຈຸໄຟຟ້າ
- \( \mathbf{B} \) ແມ່ນສະໜາມແມ່ເຫຼັກ

ດ້ວຍສົມຜົນນີ້, ພວກເຮົາສາມາດວິເຄາະແຮງທີ່ກະທຳຕໍ່ປະຈຸໄຟຟ້າທີ່ເຄື່ອນທີ່ໃນສະໜາມໄຟຟ້າ ແລະ ສະໜາມແມ່ເຫຼັກ.

Contoh Soal ແລະ Pembahasan

ຄຳຖາມທີ 1: ແຮງດັນຕໍ່ປະຈຸໄຟຟ້າໃນສະໜາມໄຟຟ້າ

ຄຳຖາມ:
ປະຈຸໄຟຟ້າບວກ \( q = 2 \times 10^{-6} \, C \) ຢູ່ໃນສະໜາມໄຟຟ້າສະໝໍ່າສະເໝີ \( E = 5 \times 10^4 \, N/C \) ທີ່ມຸ້ງໄປທາງຂວາ. ຄິດໄລ່ແຮງທີ່ກະທຳຕໍ່ປະຈຸໄຟຟ້າ.

ເປບບາຮາຊານ:

ສຳລັບປະຈຸໄຟຟ້າທີ່ບໍ່ມີສະໜາມແມ່ເຫຼັກ, ແຮງ Lorentz ປະກອບດ້ວຍພຽງແຕ່ອົງປະກອບແຮງໄຟຟ້າເທົ່ານັ້ນ:

\[ \mathbf{F} = q \mathbf{E} \]

ດ້ວຍ \( q = 2 \ຄູນ 10^{-6} \, C \) ແລະ \( \mathbf{E} = 5 \ຄູນ 10^4 \, N/C \):

\[ \mathbf{F} = (2 \ຄູນ 10^{-6} \, C) \ຄູນ (5 \ຄູນ 10^4 \, N/C) \]
\[ \mathbf{F} = 0.1 \, N \]

ທິດທາງຂອງແຮງ \( \mathbf{F} \) ແມ່ນຢູ່ໃນທິດທາງດຽວກັນກັບສະໜາມໄຟຟ້າ ເພາະວ່າປະຈຸໄຟຟ້າເປັນບວກ. ດັ່ງນັ້ນ, ແຮງທີ່ກະທຳຕໍ່ປະຈຸໄຟຟ້າແມ່ນ 0.1 N ໄປທາງຂວາ.

ຄຳຖາມທີ 2: ແຮງຕໍ່ປະຈຸໄຟຟ້າໃນສະໜາມແມ່ເຫຼັກ

ຄຳຖາມ:
ປະจุໄຟຟ້າລົບ \( q = -3 \times 10^{-6} \, C \) ເຄື່ອນທີ່ດ້ວຍຄວາມໄວ \( \mathbf{v} = 2 \times 10^3 \, m/s \) ຕາມແກນ x ໃນສະໜາມແມ່ເຫຼັກສະໝໍ່າສະເໝີ \( \mathbf{B} = 0.5 \, T \) ທີ່ມີທິດທາງຕາມແກນ z. ຄິດໄລ່ແຮງທີ່ກະທຳຕໍ່ປະจุໄຟຟ້າ.

ເປບບາຮາຊານ:

ສຳລັບປະຈຸໄຟຟ້າທີ່ເຄື່ອນທີ່ໃນສະໜາມແມ່ເຫຼັກໂດຍບໍ່ມີສະໜາມໄຟຟ້າ, ແຮງ Lorentz ປະກອບດ້ວຍພຽງແຕ່ອົງປະກອບຂອງແຮງແມ່ເຫຼັກເທົ່ານັ້ນ:

\[ \mathbf{F} = q (\mathbf{v} \times \mathbf{B}) \]

ດ້ວຍ \( q = -3 \times 10^{-6} \, C \), \( \mathbf{v} = 2 \times 10^3 \, m/s \) ໃນທິດທາງ x, ແລະ \( \mathbf{B} = 0.5 \, T \) ໃນທິດທາງ z:

ການຄິດໄລ່ \( \mathbf{v} \ຄູນ \mathbf{B} \):

\[ \mathbf{v} = 2 \ຄູນ 10^3 \, m/s \, \hat{i} \]
\[ \mathbf{B} = 0.5 \, T \, \hat{k} \]
\[ \mathbf{v} \times \mathbf{B} = (2 \times 10^3 \, m/s \, \hat{i}) \times (0.5 \, T \, \hat{k}) \]
\[ \mathbf{v} \times \mathbf{B} = 2 \times 10^3 \, m/s \times 0.5 \, T \, \hat{i} \times \hat{k} \]
\[ \hat{i} \times \hat{k} = -\hat{j} \]
\[ \mathbf{v} \times \mathbf{B} = – (1 \times 10^3 \, T \cdot m/s) \, \hat{j} \]

ດັ່ງນັ້ນ, ແຮງແມ່ເຫຼັກ:

\[ \mathbf{F} = q \mathbf{v} \times \mathbf{B} \]
\[ \mathbf{F} = (-3 \ຄູນ 10^{-6} C) \ຄູນ ( -10^3 \, T \cdot m/s \, \hat{j}) \]
\[ \mathbf{F} = 3 \times 10^{-3} \, N \, \hat{j} \]
\[ \mathbf{F} = 0.003 \, N \, \hat{j} \]

ທິດທາງຂອງແຮງ \( \mathbf{F} \) ແມ່ນຫັນໄປທາງແກນ y ບວກ. ສະນັ້ນ, ແຮງທີ່ກະທຳຕໍ່ປະຈຸໄຟຟ້າແມ່ນ 0.003 N ຂຶ້ນໄປ (ໃນທິດທາງແກນ y ບວກ).

ຄຳຖາມທີ 3: ແຮງຕໍ່ປະຈຸໄຟຟ້າ ແລະ ສະໜາມແມ່ເຫຼັກ

ຄຳຖາມ:
ປະຈຸໄຟຟ້າ \( q = 1.5 \times 10^{-6} \, C \) ເຄື່ອນທີ່ດ້ວຍຄວາມໄວ \( \mathbf{v} = 4 \times 10^3 \, m/s \) ໃນທິດທາງ y ໃນສະໜາມໄຟຟ້າ \( \mathbf{E} = 3 \times 10^4 \, N/C \) ໃນທິດທາງ x, ແລະສະໜາມແມ່ເຫຼັກ \( \mathbf{B} = 0.2 \, T \) ໃນທິດທາງ z. ຄິດໄລ່ແຮງສຸດທິທີ່ກະທຳຕໍ່ປະຈຸໄຟຟ້າ.

ເປບບາຮາຊານ:

ແຮງ Lorentz ທັງໝົດ:

\[ \mathbf{F} = q (\mathbf{E} + \mathbf{v} \times \mathbf{B}) \]

ກ່ອນອື່ນໝົດ, ໃຫ້ຄິດໄລ່ \( \mathbf{v} \ຄູນ \mathbf{B} \):

\[ \mathbf{v} = 4 \ຄູນ 10^3 \, m/s \, \hat{j} \]
\[ \mathbf{B} = 0.2 \, T \, \hat{k} \]
\[ \mathbf{v} \times \mathbf{B} = (4 \times 10^3 \, m/s \, \hat{j}) \times (0.2 \, T \, \hat{k}) \]
\[ \mathbf{v} \times \mathbf{B} = 4 \times 10^3 \, m/s \times 0.2 \, T \, \hat{j} \times \hat{k} \]
\[ \hat{j} \ຄູນ \hat{k} = \hat{i} \]
\[ \mathbf{v} \times \mathbf{B} = (0.8 \times 10^3 \, T \cdot m/s) \, \hat{i} \]
\[ \mathbf{v} \times \mathbf{B} = 800 \, T \cdot m/s \, \hat{i} \]

ຫຼັງຈາກນັ້ນ, ແຮງດັນໄຟຟ້າ:

\[ q \mathbf{E} = (1.5 \ຄູນ 10^{-6} \, C) \ຄູນ (3 \ຄູນ 10^4 \, N/C \, \hat{i}) \]
\[ q \mathbf{E} = 0.045 \, N \, \hat{i} \]

ແຮງແມ່ເຫຼັກ:

\[ q (\mathbf{v} \times \mathbf{B}) = (1.5 \times 10^{-6} \, C) \times (800 \, T \cdot m/s \, \hat{i}) \]
\[ q (\mathbf{v} \times \mathbf{B}) = 0.0012 \, N \, \hat{i} \]

ແບບທັງໝົດ:

\[ \mathbf{F} = q \mathbf{E} + q (\mathbf{v} \times \mathbf{B}) \]
\[ \mathbf{F} = 0.045 \, N \, \hat{i} + 0.0012 \, N \, \hat{i} \]
\[ \mathbf{F} = 0.0462 \, N \, \hat{i} \]

ດັ່ງນັ້ນ, ແຮງທັງໝົດທີ່ກະທຳຕໍ່ປະຈຸໄຟຟ້າແມ່ນ 0.0462 N ໄປທາງຂວາ (ແກນ x ບວກ).

ສະຫຼຸບ

ແຮງຕໍ່ປະຈຸໄຟຟ້າ ແລະ ແມ່ເຫຼັກ ແມ່ນຂຶ້ນກັບທິດທາງ ແລະ ຂະໜາດຂອງແຕ່ລະພາກສະໜາມ ລວມທັງຄວາມໄວ ແລະ ປະເພດຂອງປະຈຸ. ຜ່ານຕົວຢ່າງຄຳຖາມ ແລະ ການສົນທະນາຂ້າງເທິງ, ຫວັງວ່າຜູ້ອ່ານຈະສາມາດເຂົ້າໃຈວິທີການນຳໃຊ້ຫຼັກການແຮງ Lorentz ໃນສະຖານະການຕ່າງໆໄດ້ດີຂຶ້ນ. ຄວາມເຂົ້າໃຈນີ້ບໍ່ພຽງແຕ່ມີຄວາມສຳຄັນໃນທິດສະດີເທົ່ານັ້ນ ແຕ່ຍັງມີຄວາມສຳຄັນໃນການນຳໃຊ້ຕົວຈິງໃນຂົງເຂດເຕັກໂນໂລຊີ ແລະ ວິທະຍາສາດ ເຊັ່ນ: ໃນການອອກແບບມໍເຕີໄຟຟ້າ, ການເຂົ້າໃຈປະກົດການແສງເໜືອ, ແລະ ການເຮັດວຽກຂອງອະນຸພາກໃນເຄື່ອງເລັ່ງອະນຸພາກ.