Lực từ và lưỡng cực từ

Từ trường tác dụng lực lên các điện tích và dòng điện chuyển động, cũng như mô-men xoắn làm định hướng các lưỡng cực từ.

Definition

Lực từ là thành phần phụ thuộc vào vận tốc của lực Lorentz tác dụng lên các điện tích và dòng điện chuyển động; một lưỡng cực từ, được đặc trưng bởi mô-men lưỡng cực của nó, chịu một mô-men xoắn có xu hướng định hướng nó theo trường và một lực trong trường không đều.

Scope

Chủ đề này bao gồm phần từ tính của lực Lorentz tác dụng lên các điện tích chuyển động, lực và mô-men xoắn tác dụng lên các dây dẫn mang dòng điện, mô-men lưỡng cực từ và năng lượng, lực, mô-men xoắn của nó trong một trường, và trường do một lưỡng cực tạo ra. Nó cũng giải thích lý do tại sao lực từ không thực hiện công và phép gần đúng lưỡng cực cho các vòng dòng điện ở xa.

Core questions

• Từ trường làm lệch hướng các điện tích chuyển động và dây dẫn mang dòng điện như thế nào?
• Tại sao lực từ không thực hiện công lên một điện tích điểm?
• Các lưỡng cực từ phản ứng như thế nào với trường đều và không đều?

Key concepts

• Lực Lorentz
• chuyển động cyclotron
• lực tác dụng lên dòng điện
• mô-men lưỡng cực từ
• mô-men xoắn tác dụng lên lưỡng cực
• trường lưỡng cực

Key theories

Lực Lorentz (phần từ tính)

Một điện tích chuyển động trong từ trường chịu một lực vuông góc với cả vận tốc và trường của nó, gây ra chuyển động tròn hoặc xoắn ốc; vì nó luôn vuông góc với vận tốc, lực từ không thực hiện công.

Lưỡng cực từ trong trường

Một vòng dòng điện hoạt động như một lưỡng cực từ chịu một mô-men xoắn làm định hướng nó theo trường và, trong trường không đều, một lực tổng hợp; trường ở xa của nó có dạng lưỡng cực phổ quát.

Clinical relevance

Lực từ điều khiển động cơ điện, máy quang phổ khối, máy gia tốc cyclotron và cảm biến hiệu ứng Hall, trong khi tương tác lưỡng cực từ là cơ sở cho hoạt động của la bàn, cộng hưởng từ và sự định hướng của vật liệu từ tính.

History

Ampère đã mô tả các lực giữa các dòng điện vào những năm 1820 và mô hình hóa từ tính như là kết quả của các dòng điện tuần hoàn. Lực phụ thuộc vào vận tốc tác dụng lên các điện tích đã được Lorentz làm rõ vào khoảng năm 1900, hoàn thiện bức tranh cổ điển sau này được đặt tên là lực Lorentz.

Key figures

• Hendrik Lorentz
• André-Marie Ampère
• Michael Faraday

Seminal works

• jackson1998
• griffiths2017

Frequently asked questions

Tại sao lực từ không thực hiện công?

Lực từ tác dụng lên một điện tích luôn vuông góc với vận tốc của nó, vì vậy nó làm thay đổi hướng chuyển động nhưng không thay đổi tốc độ, và do đó không truyền năng lượng cho điện tích.

Mô-men lưỡng cực từ là gì?

Đó là một vectơ đặc trưng cho một vòng dòng điện nhỏ hoặc nam châm, bằng cường độ dòng điện nhân với diện tích vòng đối với một vòng; nó xác định mô-men xoắn mà vật thể chịu trong một trường và cường độ của trường lưỡng cực mà nó tạo ra.