из опыта известно, что магнитное поле оказывает действие не только на проводники с током, но и на отдельные заряды, которые движутся в магнитном поле. сила, которая действует на электрический заряд q, движущийся в магнитном поле со скоростью v, называется силой лоренца и задается выражением
(1)
где в — индукция магнитного поля, в котором заряд движется.
чтобы определить направление силы лоренца используем правило левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы в нее входил вектор в, а четыре вытянутых пальца направить вдоль вектора v (для q> 0 направления i и v , для q< 0 — противоположны), то отогнутый большой палец покажет направление силы, которая действует на положительный заряд. на рис. 1 продемонстрирована взаимная ориентация векторов v, в (поле имеет направление на нас, на рисунке показано точками) и f для положительного заряда. если заряд отрицательный, то сила действует в противоположном направлении. модуль силы лоренца, как уже известно, равен
где α — угол между v и в.
подчеркнем еще раз, что магнитное поле не оказывает действия на покоящийся электрический заряд. этим магнитное поле существенно отличается от электрического. магнитное поле действует только на движущиеся в нем заряды.
зная действие силы лоренца на заряд можно найти модуль и направление вектора в, и формула для силы лоренца может быть применена для нахождения вектора магнитной индукции в.
поскольку сила лоренца всегда перпендикулярна скорости движения заряженной частицы, то данная сила может менять только направление этой скорости, не изменяя при этом ее модуля. значит, сила лоренца работы не совершает. другими словами, постоянное магнитное поле не совершает работы над движущейся в этом поле заряженной частицей и, следовательно, кинетическая энергия этой частицы при движении в магнитном поле не изменяется.
в случае, если на движущийся электрический заряд вместе с магнитным полем с индукцией в действует еще и электрическое поле с напряженностью е, то суммарная результирующая сила f, которая приложена приложенная к заряду, равна векторной сумме сил — силы, действующей со стороны электрического поля, и силы лоренца:
это выражение носит название формулы лоренца. скорость v в этой формуле есть скорость заряда относительно магнитного поля.
сила лоренца — сила, с которой электромагнитное поле согласно классической (неквантовой) электродинамикедействует на точечную заряженную частицу. иногда силой лоренца называют силу, действующую на движущийся со скоростью заряд лишь со стороны магнитного поля, нередко же полную силу — со стороны электромагнитного поля вообще[1], иначе говоря, со стороны электрического и магнитного полей. в международной системе единиц (си)выражается как: f=q(e+(v умножыть в))
названа в честь голландского хендрика лоренца, который вывел выражение для этой силы в 1892 году. за три года до лоренца правильное выражение было найдено о. хевисайдом.
макроскопическим проявлением силы лоренца является сила ампера.
для силы лоренца, так же как и для сил инерции, третий закон ньютона не выполняется. лишь переформулировав этот закон ньютона как закон сохранения импульса в замкнутой системе из частиц и электромагнитного поля, можно восстановить его справедливость для сил лоренца
Закон прямолинейного распространения света: свет в оптически однородной среде
распространяется прямолинейно.
Доказательством этого закона является наличие тени с резкими границами от
непрозрачных предметов при освещении их точечными источниками света (источники,
размеры которых значительно меньше освещаемого предмета и расстояния до него). Тщательные эксперименты показали, однако, что этот закон нарушается, если свет
проходит сквозь очень малые отверстия, причем отклонение от прямолинейности
распространения тем больше, чем меньше отверстия. Закон независимости световых пучков: эффект, производимый отдельным пучком, не зависит от того, действуют ли одновременно остальные пучки или они устранены. Разбивая световой поток на отдельные световые пучки (например, с диафрагм), можно показать, что действие выделенных световых пучков независимо. Закон отражения света. Закон преломления света. Если свет падает на границу раздела двух сред (двух прозрачных веществ), то падающий луч I разделяется на два отраженный II и преломленный III,
направления которых задаются законами отражения и преломления. Закон отражения: отраженный луч лежит в одной плоскости с падающим лучом и перпендикуляром, проведенным к границе раздела двух сред точке падения; угол i'1, Закон преломления: луч падающий, луч преломленный и перпендикуляр,проведенный к границе раздела в точке падения, лежат в одной плоскости; отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных сред:где n21 — относительный показатель преломления второй среды относительно первой. Этот закон еще называют законом Снеллиуса. Индексы в обозначениях углов i1, i′1, i2 указывают, в какой среде (первой или второй) вдет луч. Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления: Абсолютным показателем преломления среды называется величина n, равная отношению скорости с электромагнитных волн в вакууме к их фазовой скорости v вcреде: Сравнение с формулой дает, что n = εµ , где ε и µ — соответственно электрическая и магнитная
проницаемости среды. Учитывая (2), закон преломления (1) можно записать в виде
Полное внутреннее отражение
Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных
показателей преломления:
Тогда закон преломления можно записать в виде. Из симметрии выражения вытекает обратимость световых лучей. Если обратить
луч III, заставив его падать на границу раздела под углом i2, то преломленный
луч в первой среде будет распространяться под углом i1 т. е. пойдет в обратном направлении вдоль луча I. Если свет распространяется из среды с большим показателем преломления n1
(оптически более плотной) в среду с меньшим показателем преломления n2 (оптически
менее плотную) (n1 > n2), например из стекла в воду, то, согласно. Отсюда следует, что преломленный луч удаляется от нормали и угол преломления i2 больше, чем угол падения i1 (рис. 2, а). С увеличением угла падения увеличивается угол преломления (рис. 2, б, в) до тех пор, пока при некотором угле падения (i1 = iпр,) угол преломления не окажется равным π/2. Угол iпр называется предельным углом. При углах падения i1 > iпр весь падающий свет полностью отражается (рис. 2, г). По мере приближения утла падения к предельному интенсивность преломленного луча уменьшается, а отраженного — растет (рис. 2, а—в). Если i1 = iпр, то интенсивностьпреломленного луча обращается в нуль, а интенсивность отраженного равна интенсивности падающего (рис. 2, г). Таким образом, при углах падения в пределах от iпр, до π/2 луч не преломляется, а полностью отражается в первую среду, причём интенсивности отраженного и падающего лучей одинаковы. Это явление называется полным отражением.
Предельный угол iпр определим из формулы при подстановке в нее i2 = π/2.
Уравнение (2) удовлетворяет значениям угла iпр при n2 ≤ n1. Следовательно, явление
полного отражения имеет место только при падении света из среды оптически более
плотной в среду оптически менее плотную.
Явление полного отражения используется в призмах полного отражения. Показатель
преломления стекла равен n ≈ 1,5, поэтому предельный угол для границы стекло —
воздух равен iпр =arcsin(l/l,5) = 42°. Поэтому при падении света на границу стекло —
воздух при i > 42° всегда будет иметь место полное отражение. На рис. 3, а—в
показаны призмы полного отражения, позволяющие: а) повернуть луч на 90°; б)
повернуть изображение; в) обернуть лучи. Такие призмы применяются в оптических
приборах (например, в биноклях, перископах).
электрон
Объяснение: