Електричні заряди, що рухаються в певному напрямку, створюють навколо себе магнітне поле, швидкість поширення якого в вакуумі одно швидкості світла, а в інших середовищах трохи менше. Якщо рух заряду відбувається в зовнішньому магнітному полі, то між зовнішнім магнітним полем і магнітним полем заряду виникає взаємодія. Так як електричний струм - це спрямований рух заряджених частинок, то сила, яка буде діяти в магнітному полі на провідник зі струмом, буде результатом окремих (елементарних) сил, кожна з яких прикладається до елементарного носія заряду.
Процеси взаємодії зовнішнього магнітного поля і рухомих зарядів досліджувалися Г. Лоренцом, який в результаті багатьох своїх дослідів вивів формулу для розрахунку сили, що діє на рухому заряджену частинку з боку магнітного поля. Саме тому силу, яка діє на рухомий в магнітному полі заряд, називають силою Лоренца.
Сила, що діє на провідник стоком (закон Ампера), буде дорівнює:
За визначенням сила струму дорівнює I = qn (q - заряд, n - кількість зарядів, що проходить через поперечний переріз провідника за 1 с). Звідси випливає:
Де: n0 - міститься в одиниці об'єму кількість зарядів, V - їх швидкість руху, S - площа поперечного перерізу провідника. тоді:
Підставивши цей вираз в формулу Ампера, ми отримаємо:
Дана сила буде діяти на всі заряди, що знаходяться в обсязі провідника: V = Sl. Кількість зарядів, присутніх в даному обсязі дорівнюватиме:
Тоді вираз для сили Лоренца матиме вигляд:
Звідси можна зробити висновок, що сила Лоренца, що діє на заряд q, який рухається в магнітному полі, пропорційна заряду, магнітної індукції зовнішнього поля, швидкості його руху і синусу кута між V і В, тобто:
За напрямок руху заряджених частинок приймають напрямок руху позитивних зарядів. Тому напрямок цієї сили може бути визначено за допомогою правила лівої руки.
Сила, що діє на негативні заряди, буде направлена в протилежну сторону.
Сила Лоренца завжди направлена перпендикулярно швидкості V руху заряду і тому роботу вона не робить. Вона змінює тільки напрям V, а кінетична енергія і величина швидкості заряду при його русі в магнітному полі залишаються незмінними.
Коли заряджена частинка рухається одночасно в магнітному і електричному полях, на нього буде діяти сила:
Де Е - напруженість електричного поля.
Розглянемо невеликий приклад:
Електрон, що пройшов прискорює різниця потенціалів 3,52 ∙ 10 3 В, потрапляє в однорідне магнітне поле перпендикулярно лініям індукції. Радіус траєкторії r = 2 см, індукція поля 0,01 Т. Визначити питомий заряд електрона.
Питома заряд - це величина, що дорівнює відношенню заряду до маси, тобто e / m.
У магнітному полі з індукцією В на заряд, що рухається зі швидкістю V перпендикулярно лініям індукції, діє сила Лоренца FЛ = BeV. Під її дією зарядженачастка буде переміщатися по дузі кола. Так як при цьому сила Лоренца викличе доцентровийприскорення, то згідно 2-му закону Ньютона можна записати:
Кінетичну енергію, яка буде дорівнює mV 2/2, електрон набуває за рахунок роботи А сил електричного поля (А = eU), підставивши в рівняння отримаємо:
Перетворивши ці співвідношення і виключивши з них швидкість, отримаємо формулу для визначення питомої заряду електрона:
Підставивши вихідні дані, виражені в СІ, отримаємо:
