Работа магнитного поля
Работа магнитного поля при перемещении заряженной частицы равна нулю: магнитная составляющая силы Лоренца всегда перпендикулярна скорости частицы и её перемещению. Поэтому магнитное поле может изменять направление движения, но не изменяет модуль скорости и кинетическую энергию частицы.
Согласно формуле силы Лоренца, магнитная сила направлена перпендикулярно вектору скорости частицы \(\vec v\). За малое время перемещение \(\Delta\vec r\) направлено так же, как скорость. Следовательно, угол между силой и перемещением равен \(90^\circ\).
Это означает, что магнитное поле не сообщает частице энергию и не забирает её. Если частица движется перпендикулярно линиям магнитной индукции, сила искривляет траекторию и частица движется по окружности. Если скорость имеет составляющую вдоль поля, траектория становится винтовой. В обоих случаях модуль скорости остаётся постоянным.
Электрон влетает в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции. Магнитная сила направлена к центру окружности, а перемещение в каждый момент направлено по касательной. Сила перпендикулярна перемещению, поэтому \(A_{\text{м}}=0\), хотя траектория электрона постоянно изменяется.
Нулевая работа относится именно к магнитной силе. Электрическое поле может совершать работу над зарядом и изменять его кинетическую энергию. Также не следует считать, что раз работа равна нулю, то сила отсутствует: магнитная сила может быть ненулевой и заметно менять направление скорости.
Что происходит с кинетической энергией заряженной частицы, движущейся только под действием магнитной силы?
Главное
- Магнитная сила Лоренца перпендикулярна скорости и перемещению заряда.
- Работа магнитного поля равна \(A_{\text{м}}=0\).
- Магнитное поле изменяет направление движения, но не модуль скорости и кинетическую энергию частицы.