Магнитное поле. Сила Ампера и сила Лоренца

Как магнитное поле действует на ток и на движущийся заряд.

Магнитная индукция $B$ — векторная величина, характеризующая магнитное поле; измеряется в теслах (Тл).

Магнитное поле создаётся движущимися зарядами (током) и действует только на движущиеся заряды. Это ключевое отличие от электрического поля, которое действует на любой заряд.

Сила Ампера

Действует на проводник с током в магнитном поле:

$$ F = B I L \sin\alpha $$

где $L$ — длина проводника, $\alpha$ — угол между током и полем. Направление определяют по правилу левой руки.

Сила Лоренца

Действует на отдельный движущийся заряд:

$$ F = q v B \sin\alpha $$

Сила Лоренца перпендикулярна скорости, поэтому она не совершает работы и лишь искривляет траекторию — заряд движется по окружности.

Как решать задачи

Задача: «Электрон ($q = 1{,}6 \cdot 10^{-19}$ Кл) влетает перпендикулярно в поле $B = 0{,}2$ Тл со скоростью $5 \cdot 10^6$ м/с. Найдите силу Лоренца».

q = 1.6e-19
v = 5e6
B = 0.2
# угол 90 градусов, sin = 1
F = q * v * B
print("Сила Лоренца:", F, "Н")

Вывод:

Сила Лоренца: 1.6e-13 Н

Частые ошибки

Забывать $\sin\alpha$: если ток (или скорость) параллельны полю, сила равна нулю.
Думать, что сила Лоренца разгоняет заряд — она лишь поворачивает его, работа равна нулю.
Путать правило левой руки (для силы) с правилом буравчика (для поля тока).

Итоги

Сила Ампера $F = BIL\sin\alpha$ — на проводник с током.
Сила Лоренца $F = qvB\sin\alpha$ — на движущийся заряд.
Сила Лоренца не совершает работы, искривляет траекторию.