Номер 1, страница 42 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

1. Чему равна сила Лоренца, действующая на свободные электроны проводника, и как она направлена?

Сила Лоренца — это сила, с которой магнитное поле действует на движущуюся в нем заряженную частицу. В проводнике с электрическим током свободные электроны находятся в упорядоченном движении. Если такой проводник поместить в магнитное поле, то на каждый из этих электронов будет действовать сила Лоренца.

Величина, или модуль, силы Лоренца ($F_Л$) вычисляется по формуле:

$F_Л = |q|vB\sin\alpha$

В этой формуле:$|q|$ — это модуль заряда частицы (для электрона это элементарный заряд $e \approx 1,6 \cdot 10^{-19}$ Кл);$v$ — скорость упорядоченного (дрейфового) движения электрона;$B$ — модуль вектора магнитной индукции (характеристика силы магнитного поля);$\alpha$ — угол между вектором скорости электрона $\vec{v}$ и вектором магнитной индукции $\vec{B}$.В векторной форме формула имеет вид: $\vec{F}_Л = q(\vec{v} \times \vec{B})$.

Из формулы следует, что сила Лоренца отсутствует ($F_Л = 0$), если электрон движется параллельно линиям магнитной индукции ($\alpha = 0^\circ$ или $\alpha = 180^\circ$). Сила максимальна, когда электрон движется перпендикулярно линиям магнитной индукции ($\alpha = 90^\circ$).

Направление силы Лоренца определяется с помощью правила левой руки. Поскольку заряд электрона отрицателен ($q < 0$), правило применяется следующим образом: если расположить левую руку так, чтобы четыре вытянутых пальца были направлены противоположно вектору скорости электрона $\vec{v}$ (то есть по направлению условного тока), а вектор магнитной индукции $\vec{B}$ входил в ладонь, то отогнутый на 90° большой палец укажет направление силы Лоренца $\vec{F}_Л$, действующей на электрон. Важной особенностью силы Лоренца является то, что она всегда перпендикулярна как вектору скорости частицы $\vec{v}$, так и вектору магнитной индукции $\vec{B}$.

Ответ: Сила Лоренца, действующая на свободный электрон в проводнике, вычисляется по формуле $F_Л = |q|vB\sin\alpha$, где $|q|$ — модуль заряда электрона, $v$ — его скорость, $B$ — индукция магнитного поля, а $\alpha$ — угол между вектором скорости и вектором магнитной индукции. Её направление определяется по правилу левой руки: если четыре пальца направить против скорости электрона, а линии магнитной индукции направить в ладонь, то отогнутый большой палец покажет направление силы Лоренца. Сила Лоренца всегда перпендикулярна и скорости электрона, и вектору магнитной индукции.