Совершает ли работу сила Лоренца?

Мы видели, что роль сторонних сил в проводнике, движущемся в магнитном поле, играют силы Лоренца, действующие на свободные заряды. Следовательно, работа сторонних сил — это суммарная работа сил Лоренца над всеми свободными зарядами в проводнике.

А теперь вспомним, что сила Лоренца не может совершать работы, так как она направлена перпендикулярно скорости заряженной частицы. Нет ли тут противоречия?

Чтобы увидеть, что противоречия здесь нет, присмотримся к движению свободных зарядов в проводнике с током, движущемся в магнитном поле.

Рассмотрим снова перемычку, скользящую с постоянной скоростью по металлическим рельсам в однородном магнитном поле (рис. 8.3). К перемычке приложена постоянная горизонтально направленная внешняя сила Рельсы замкнуты на резистор; сопротивлением перемычки и рельсов, а также трением можно пренебречь.

Рис. 83

В движущейся перемычке возникает ЭДС индукции, вследствие чего в цепи течёт индукционный ток, представляющий собой упорядоченное направленное движение свободных зарядов вдоль перемычки.

Обозначим среднюю скорость направленного упорядоченного движения свободных зарядов _упор, а скорость проводника-перемычки _пров (рис. 8.4). Тогда по правилу сложения скоростей результирующая скорость свободных зарядов

= _пров + _упор.

Рис. 8.4

Обратите внимание: результирующая скорость свободных зарядов не совпадает со скоростью проводника _пров, а направлена под некоторым углом к ней.

Вспомним теперь, что сила Лоренца перпендикулярна результирующей скорости свободных зарядов . Следовательно, при наличии тока в проводнике сила Лоренца направлена не вдоль проводника, а под некоторым углом к нему¹ (рис. 8.5).

¹ Для упрощения рассуждений будем считать свободные заряды положительными: это позволяет непосредственно использовать правило левой руки.

Рис. 8.5

Эти составляющие силы Лоренца играют совершенно различные роли.

Направленная вдоль проводника составляющая силы Лоренца играет роль сторонней силы.

Окончание >>>