• 洛倫茲力

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    簡介

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    在物理學(特別是電磁學)中,洛倫茲力(或電磁力)是電磁場對點電荷施加的電場力和磁力的組合。 在電場 E 和磁場 B 中以速度 v 運動的電荷 q 受到力 F = q E + q v × B {\displaystyle \mathbf {F} =q\,\mathbf {E} +q\,\mathbf {v} \times \mathbf {B} }(以 SI 單位表示)。

    它表示電荷 q 上的電磁力是電場 E 方向上與電場大小和電荷量成正比的力和與磁場 B 和電荷量成直角的力的組合 電荷的速度 v,與場、電荷和速度的大小成正比。

    這個基本公式的變體描述了載流導線上的磁力(有時稱為拉普拉斯力)、在磁場中移動的導線環中的電動勢(法拉第感應定律的一個方面)以及力在運動的帶電粒子上。

    歷史學家認為,該定律隱含在詹姆斯·克拉克·麥克斯韋 (James Clerk Maxwell) 于 1865 年發表的一篇論文中。

    亨德里克·洛倫茲 (Hendrik Lorentz) 于 1895 年得出了完整的推導,在奧利弗·海維賽 (Oliver Heaviside) 正確確定了磁力的貢獻幾年后確定了電力的貢獻。

    洛倫茲力定律定義E和B

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    在許多處理經典電磁學的教科書中,洛倫茲力定律被用作電場和磁場 E 和 B 的定義。具體來說,洛倫茲力被理解為以下經驗陳述:

    在給定點和時間,測試電荷上的電磁力 F 是其電荷 q 和速度 v 的特定函數,可以通過兩個向量 E 和 B 來參數化,函數形式為:F = q ( E + v × B ) {\displaystyle \mathbf {F} =q(\mathbf {E} +\mathbf {v} \times \mathbf {B} )}

    這是有效的,即使對于接近光速的粒子(即 v 的大小,|v| ≈ c)也是如此。因此,兩個矢量場 E 和 B 在整個空間和時間中被定義,它們被稱為電場和磁場。這些場在空間和時間的任何地方都根據測試電荷將接收到的力來定義,而不管是否存在電荷來體驗該力。

    作為 E 和 B 的定義,洛倫茲力只是原則上的定義,因為真實粒子(相對于無窮小質量和電荷的假設測試電荷)會產生自己的有限 E 和 B 場,這 會改變它所經歷的電磁力。 此外,如果電荷經歷加速,就好像被迫進入彎曲的軌道,它會發出輻射,導致它失去動能。

    這些效應通過直接效應(稱為輻射反作用力)和間接效應(通過影響附近電荷和電流的運動)發生。

    方程式

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    帶電粒子

    由于外部電場 E 和磁場 B,作用在瞬時速度為 v 的電荷 q 上的力 F 由下式給出(以 SI 單位表示):

    F = q ( E + v × B ) {\displaystyle \mathbf {F} =q\left(\mathbf {E} +\mathbf {v} \times \mathbf {B} \ 正確的)}

    其中 × 是向量叉積(所有黑體字量都是向量)。 就笛卡爾分量而言,我們有:

    F x = q ( E x + v y B z ? v z B y ) , {\displaystyle F_{x}=q\left(E_{x}+v_{y}B_{z}-v_{z}B_ {y}\right),} F y = q ( E y + v z B x ? v x B z ) , {\displaystyle F_{y}=q\left(E_{y}+v_{z}B_ {x}-v_{x}B_{z}\right),} F z = q ( E z + v x B y ? v y B x ) 。 {\displaystyle F_{z}=q\left(E_{z}+v_{x}B_{y}-v_{y}B_{x}\right).}

    洛倫茲力

    一般來說,電場和磁場是位置和時間的函數。 因此,明確地,洛倫茲力可以寫成:

    F ( r ( t ) , r ˙ ( t ) , t , q ) = q [ E ( r , t ) + r ˙ ( t ) × B ( r , t ) ] {\displaystyle \mathbf {F} \left(\mathbf {r} (t),{\dot {\mathbf {r} }}(t),t,q\right)=q\left[\mathbf {E} (\mathbf {r} ,t)+{\dot {\mathbf {r} }}(t)\times \mathbf {B} (\mathbf {r} ,t)\right] }

    其中r是帶電粒子的位置矢量,t是時間,圓點是時間導數。

    帶正電的粒子將在與 E 場相同的線性方向上加速,但會根據右手法則垂直于瞬時速度矢量 v 和 B 場彎曲(詳細地說,如果右手的手指伸出指向 v 的方向,然后卷曲指向 B 的方向,然后伸出的拇指將指向 F 的方向)。

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    1. 簡介
    2. 洛倫茲力定律定義E和B
    3. 方程式
    4. 帶電粒子

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