荷電粒子に働く力

荷電粒子に働く力について説明します。家電粒子とは電荷を持った粒子です。例えば陽子、電子はそれぞれプラス、マイナスの電荷を持った荷電粒子です。荷電粒子には、電場磁場の下で力が働きます。ここではこれを説明します。

ある粒子が電荷qを持っていたとします。ここでqはプラス、マイナスどちらでも構いません。この粒子が、電場{bf E}や磁場{bf B}の下を速度{bf v}で運動している状況を考えます。電場や磁場はベクトル量で、大きさと向きを持っており、{bf E}{bf B}はそれを表しています。

この時にこの粒子が受ける力は次のように書くことができます。
{bf F}=q{bf E}+q{bf v}times{bf B}
右辺の第1項目が電場から受ける力、第2項目が磁場から受ける力です。電場から受ける力q{bf E}は電場と同じ向きに働きます。磁場から受ける力q{bf v}times{bf B}はローレンツ力とも呼ばれ、粒子の速度と磁場の外積で書かれます。これはいわゆる”フレミングの左手の法則”というものになっています。左手の中指から”電”"磁”"力”という覚え方が有名かと思いますが、電は電流を、磁は磁場を、力は粒子に働く力を表します。電流と磁場の方向とは垂直な方向に力が働くことになっていましたが、これは外積を表しています。ここでq{bf v}は電荷を持った粒子の運動、すなわち電流を表します。普段私たちが電流と言っているのは”電子”の運動のことです。

もしも外積の向きの定義が曖昧になってしまったら、フレミングの左手の法則を思い出してみればいいと思います。ここで念のため確認しておきましょう。
ローレンツ力q{bf v}times{bf B}の向きは、電流q{bf v}の方向から磁場{bf B}の方向へ右ねじを回した時のねじの向きになっています。

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