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高校発展Chapter 209

磁場とローレンツ力

磁場の中を動く電荷は横向きの力を受ける。この力が速さを変えないから円運動になる。

#磁場#ローレンツ力#磁束密度#円運動#フレミング

つまり「磁場内の電荷は横向きの力を受けて円を描く」

ローレンツ力の向き = 速度とも磁場とも垂直

→ 仕事をしない(向きが変わるだけ)

→ 速さが変わらない

等速円運動になる


アンペール力(電流に働く力)

F=BIlsinθF = BIl\sin\theta

フレミングの左手の法則

人差し指(B)、中指(I)、親指(F)


ローレンツ力

F=qvBsinθF = qvB\sin\theta

v⊥B のとき最大(F = qvB)


荷電粒子の円運動

qvB=mv2rr=mvqBqvB = \frac{mv^2}{r} \Rightarrow r = \frac{mv}{qB}

速度が大きいほど、質量が大きいほど、磁場が弱いほど円が大きい。


💡豆知識

電子がCRTテレビ(古いブラウン管テレビ)の画面を描くのもローレンツ力の応用だ。電子銃から発射された電子が磁場で曲げられ(ローレンツ力)、画面上の特定の位置に当たって発光する。1秒間に画面全体を30〜60回走査することで動画を表示していた。

よく間違えるところ

「ローレンツ力は仕事をしない」のは「力が速度に垂直」だから。W = F·v の内積で、垂直なら0。だから速さは変わらない(運動エネルギーが変わらない)。一方、速度の方向は変わる→等速円運動になる。

重要ポイント

まとめ

  • アンペール力:F = BIl(電流に働く)
  • ローレンツ力:F = qvB(荷電粒子)
  • ローレンツ力は仕事なし → 速さ不変 → 円運動
  • r = mv/(qB)

まとめ

  • アンペール力:F = BIl(電流に働く)
  • ローレンツ力:F = qvB(荷電粒子に働く)
  • ローレンツ力は仕事なし → 速さ不変 → 円運動
  • r = mv/(qB)

// quiz

確認問題

Q1.磁場Bの中で速度vで動く電荷qに働くローレンツ力の大きさは?(v⊥B)

Q2.ローレンツ力は荷電粒子の速さを変えるか?

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交流回路

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