Сила Лоренца, Сила Ампера, Магнитные поля, см. ниже.

Будет ли действовать сила Лоренца или сила Ампера на заряженные частицы и проводник, если они направлены параллельно проводнику?

• Да, сила Лоренца будет действовать на заряженные частицы, движущиеся параллельно проводнику с током. Сила Ампера действует только на проводники с током, поэтому она не будет действовать на заряженные частицы.

Как связаны сила Лоренца и сила Ампера?

• Сила Ампера является макроскопическим проявлением силы Лоренца. Сила Ампера описывает силу, действующую на проводник с током в магнитном поле. Сила Лоренца описывает силу, действующую на отдельные заряженные частицы в магнитном поле.

Почему магнитное поле действует на заряженную частицу?

• Магнитное поле действует на заряженную частицу, движущуюся в нем, из-за взаимодействия между движущимся зарядом и магнитным полем. Движущийся заряд создает вокруг себя магнитное поле, которое взаимодействует с внешним магнитным полем. Это взаимодействие приводит к возникновению силы Лоренца, которая отклоняет заряженную частицу от ее первоначальной траектории.

Направление силы Лоренца

Направление силы Лоренца определяется правилом правой руки:

• Поместите большой палец правой руки в направлении тока или скорости заряженной частицы.
• Согните пальцы в направлении магнитного поля.
• Направление среднего пальца укажет направление силы Лоренца.

Силы Лоренца и Ампера — две ключевые концепции в электродинамике, описывающие взаимодействие заряженных частиц и токов с магнитными полями. Давайте рассмотрим их по отдельности, а затем разберем их взаимосвязь и фундаментальные причины действия магнитного поля на заряженные частицы.

Сила Лоренца
Сила Лоренца определяет воздействие магнитного и электрического полей на заряженные частицы.

Формула силы Лоренца:
[ \mathbf{F}_{\text{Лоренца}} = q (\mathbf{E} + \mathbf{v} \times \mathbf{B}) ]

где:

( q ) — заряд частицы,
( \mathbf{E} ) — напряженность электрического поля,
( \mathbf{v} ) — скорость заряженной частицы,
( \mathbf{B} ) — магнитное поле,
( \mathbf{v} \times \mathbf{B} ) — векторное произведение скорости частицы и магнитного поля.
Условия действия
Если частица движется параллельно магнитному полю ((\mathbf{v} \parallel \mathbf{B})), то ( \mathbf{v} \times \mathbf{B} = 0 ), и магнитная составляющая силы Лоренца равна нулю.
Если частица движется перпендикулярно магнитному полю ((\mathbf{v} \perp \mathbf{B})), то сила Лоренца максимальна и направлена перпендикулярно как к скорости частицы, так и к магнитному полю.
Сила Ампера
Сила Ампера определяет воздействие магнитного поля на проводник с текущим по нему током.

Формула силы Ампера:
[ \mathbf{F}_{\text{Ампера}} = I \mathbf{l} \times \mathbf{B} ]

где:

( I ) — ток в проводнике,
( \mathbf{l} ) — вектор, направленный по длине проводника в направлении тока,
( \mathbf{B} ) — магнитное поле,
( \mathbf{l} \times \mathbf{B} ) — векторное произведение вектора длины проводника и магнитного поля.
Условия действия
Если проводник расположен параллельно магнитному полю ((\mathbf{l} \parallel \mathbf{B})), то ( \mathbf{l} \times \mathbf{B} = 0 ), и сила Ампера равна нулю.
Если проводник расположен перпендикулярно магнитному полю ((\mathbf{l} \perp \mathbf{B})), то сила Ампера максимальна и направлена перпендикулярно как к проводнику, так и к магнитному полю.
Связь между силами Лоренца и Ампера
Сила Ампера является результатом суммарного действия сил Лоренца на заряженные частицы в проводнике, так как ток представляет собой движение заряженных частиц.

Ток и дрейфовая скорость:

Ток ( I ) связан с дрейфовой скоростью заряженных частиц ( \mathbf{v}{\text{дрейф}} ) через выражение:
[ I = nqA \mathbf{v}{\text{дрейф}} ]
где:
( n ) — концентрация заряженных частиц,
( q ) — заряд отдельных частиц,
( A ) — площадь поперечного сечения проводника.
Сила Лоренца на частицы в проводнике:

Каждая заряженная частица в проводнике испытывает силу Лоренца:
[ \mathbf{F}{\text{Лоренца}} = q (\mathbf{v}{\text{дрейф}} \times \mathbf{B}) ]
Суммарная сила Ампера:

Суммарная сила на весь проводник:
[ \mathbf{F}{\text{Ампера}} = \sum \mathbf{F}{\text{Лоренца}} = nqA \mathbf{v}_{\text{дрейф}} \times \mathbf{B} = I \mathbf{l} \times \mathbf{B} ]
где ( \mathbf{l} ) — вектор длины проводника.
Таким образом, сила Ампера — это суммарный эффект силы Лоренца на все заряженные частицы, движущиеся в проводнике.

Почему магнитное поле действует на заряженные частицы?
Магнитное поле воздействует на заряженные частицы, потому что движущийся заряд создает свое собственное магнитное поле, которое взаимодействует с внешним полем. Это взаимодействие можно объяснить с точки зрения более фундаментальных принципов:

Принцип относительности:

В разных системах отсчета электрические и магнитные поля преобразуются друг в друга согласно преобразованиям Лоренца.
То, что в одной системе отсчета является чисто электрическим полем, в другой системе отсчета может представлять собой комбинацию электрического и магнитного полей.

М. П. будет действовать на любые заряды.
...двигающиеся НЕ вдоль силовых магнитных линий.

А фундаментально, потому что скорость света конечна.
Поэтому сила ампера пропорциональна (v/c)²

То что называют "сила лоренца", это типа сила с которой два электромагнита взаимодействуют друг с другом, два электромагнита (или один магнит другой электромагнит) всегда стремятся встать соосно и это является причиной "силы лоренца" или "силы ампера" что одно и то же. Иными словами момент вращения любого двигателя созданного человеком появляется также, как и два электромагнита взаимодействуют между собой, они стремятся занять определенное положение относительно друга чтобы выравнять баланс. Нужно понять где у тебя электромагнит и как он расположен относительно другого чтобы вывести направление их взаимодействия. Так статоры вращают роторы в моторах и так далее...