لورینٹز فورس اور بائیں ہاتھ کی حکمرانی۔ مقناطیسی میدان میں چارج شدہ ذرات کی حرکت

مقناطیسی میدان میں رکھا موصلجس کے ذریعے برقی رو... ایک برقی روایمپیئر فورس سے متاثر ہے۔ $F_A$ ، اور اس کی وسعت کا حساب درج ذیل فارمولے سے لگایا جا سکتا ہے۔

$F_A=B\cdot I\cdot l\cdot sin\alpha$ (1)

کہاں $میں$ اور $l$ - موصل کی موجودہ طاقت اور لمبائی، $بی$ - مقناطیسی میدان کی شمولیت، $الفا$ - کرنٹ اور مقناطیسی انڈکشن کی سمتوں کے درمیان زاویہ۔ تو ایسا کیوں ہو رہا ہے؟

لورینٹز فورس۔ مقناطیسی میدان میں چارج شدہ ذرہ کی حرکت۔

مشمولات

1 Lorentz فورس کیا ہے - تعریف، جب یہ ہوتا ہے، فارمولہ حاصل کرنا
2 بائیں ہاتھ کے اصول کا استعمال کرتے ہوئے لورینٹز فورس کی سمت کا تعین کرنا
3 مقناطیسی میدان میں چارج شدہ ذرہ کی حرکت
4 انجینئرنگ میں لورینٹز فورس کی درخواستیں۔

Lorentz فورس کیا ہے - تعریف، جب یہ پیدا ہوتا ہے، فارمولہ حاصل کرنا

یہ معلوم ہے کہ برقی کرنٹ چارج شدہ ذرات کی ترتیب شدہ حرکت ہے۔ یہ بھی قائم کیا گیا ہے کہ مقناطیسی میدان میں حرکت کرتے ہوئے، ان ذرات میں سے ہر ایک قوت کے تابع ہوتا ہے۔ کسی قوت کے واقع ہونے کے لیے، ذرہ کا حرکت میں ہونا ضروری ہے۔

لورینٹز قوت وہ قوت ہے جو برقی چارج شدہ ذرہ پر کام کرتی ہے جب یہ مقناطیسی میدان میں حرکت کرتا ہے۔ اس کی سمت ہوائی جہاز کی طرف آرتھوگونل ہے جس میں ذرہ کی رفتار ویکٹر اور مقناطیسی فیلڈ کی طاقت ہوتی ہے۔لورینٹز فورس ایمپیئر فورس ہے۔ اسے جانتے ہوئے، ہم لورینٹز فورس کے لیے ایک فارمولہ اخذ کر سکتے ہیں۔

ایک ذرہ کو کنڈکٹر کے ایک حصے کو عبور کرنے کے لیے درکار وقت، $t = frac {l}{v}$ کہاں $l$ - حصے کی لمبائی ہے، $v$ - ذرہ کی رفتار کنڈکٹر کے کراس سیکشن کے ذریعے اس وقت کے دوران لیا جانے والا کل چارج، $Q = I\cdot t$ . یہاں سابقہ مساوات سے وقت کی قدر کو بدلتے ہوئے، ہمارے پاس ہے۔

$Q = frac {I\cdot l}{v}$ (2)

عین اسی وقت پر $F_A=F_L\cdot N$ کہاں $ن$ - سمجھے جانے والے موصل میں ذرات کی تعداد ہے۔ عین اسی وقت پر $N = frac {Q}{q}$ کہاں $q$ - ایک ذرہ کا چارج ہے۔ کی قدر کو فارمولے میں بدل کر $سوال$ (2) سے، کوئی حاصل کر سکتا ہے:

$N = frac {I\cdot l}{v\cdot q}$

اس طرح،

$F_A=F_L\cdot \frac {I\cdot l}{v\cdot q}$

(1) کا استعمال کرتے ہوئے، پچھلے اظہار کو بطور لکھا جا سکتا ہے۔

$B\cdot I\cdot l\cdot sin\alpha = F_L\cdot \frac {I\cdot l}{v\cdot q}$

کٹوتیوں اور منتقلی کے بعد لورینٹز فورس کے حساب کتاب کا فارمولا ظاہر ہوتا ہے۔

$F_L = q\cdot v\cdot B\cdot sin\alpha$

یہ دیکھتے ہوئے کہ فارمولہ قوت کے ماڈیولس کے لیے لکھا گیا ہے، اسے اس طرح لکھا جانا چاہیے:

یہ بھی پڑھیں: ایمپیئر کو واٹ اور بیک میں کیسے تبدیل کیا جائے؟

$F_L = |q|\cdot v\cdot B\cdot sin\alpha$ (3)

چونکہ $sin\alpha = sin(180^{\circ} -\alpha)$ , لورینٹز ماڈیولس کے حساب سے کوئی فرق نہیں پڑتا کہ رفتار موجودہ قوت کی سمت میں ہے یا اس کے خلاف، اور ہم کہہ سکتے ہیں کہ $الفا$ - وہ زاویہ ہے جو ذرہ کے رفتار ویکٹر اور مقناطیسی انڈکشن سے بنتا ہے۔

فارمولہ کو ویکٹر کی شکل میں لکھنا اس طرح نظر آئے گا:

$\vec{F_L} = q\cdot [\vec{v}\times \vec{B}$

$[\vec{v}\times\vec{B}$ - ویکٹر پروڈکٹ ہے، جس کا نتیجہ ایک ویکٹر ہے جس کا ماڈیولس برابر ہے۔ $v\cdot B\cdot sin\alpha$ .

فارمولہ (3) کی بنیاد پر، ہم یہ نتیجہ اخذ کر سکتے ہیں کہ لورینٹز قوت برقی رو اور مقناطیسی میدان کی سمتوں کے کھڑے ہونے کی صورت میں زیادہ سے زیادہ ہے، یعنی $الفا = 90^{\circ}$ اور غائب ہو جائیں جب وہ متوازی ہوں ( $الفا = 0^{\circ}$ ).

یاد رکھیں کہ صحیح مقداری جواب فراہم کرنے کے لیے - مثال کے طور پر، مسائل کو حل کرتے وقت - کسی کو SI یونٹس کا استعمال کرنا چاہیے، جس میں مقناطیسی انڈکشن ٹیسلاس میں ماپا جاتا ہے (1 Tesla = 1 kg-c⁻²-اے⁻¹)، نیوٹن میں قوت (1 N = 1 kg-m/s²)، ایمپیئرز میں کرنٹ، کولنز میں چارج (1 Cl = 1 A-s)، لمبائی میٹر میں، رفتار m/s میں۔

بائیں ہاتھ کے اصول کا استعمال کرتے ہوئے لورینٹز فورس کی سمت کا تعین کرنا

چونکہ میکرو اشیاء کی دنیا میں لورینٹز فورس ایک ایمپیئر فورس کے طور پر ظاہر ہوتی ہے، اس لیے ہم اس کی سمت کا تعین کرنے کے لیے بائیں ہاتھ کے اصول کا استعمال کر سکتے ہیں۔

بائیں ہاتھ کے اصول کا استعمال کرتے ہوئے لورینٹز فورس کی سمت کا تعین کرنا۔

اگر آپ اپنے بائیں ہاتھ کو اس طرح رکھتے ہیں کہ آپ کی کھلی ہتھیلی مقناطیسی میدان کی لکیروں کے خلاف اور اس کے خلاف کھڑی ہو، چاروں انگلیوں کو کرنٹ کی سمت بڑھایا جائے، تو لورینٹز فورس کو اس طرف لے جایا جائے گا جہاں آپ کے انگوٹھے کو جھکانا چاہیے۔ ، اشارہ کر رہا ہے۔

مقناطیسی میدان میں چارج شدہ ذرہ کی حرکت

سادہ ترین صورت میں، یعنی مقناطیسی انڈکشن اور ذرہ کی رفتار کے ویکٹروں کی آرتھوگونالٹی کے ساتھ، لورینٹز قوت، رفتار کے ویکٹر پر کھڑا ہونے کی وجہ سے، صرف اپنی سمت بدل سکتی ہے۔ اس لیے رفتار اور توانائی کی شدت میں کوئی تبدیلی نہیں ہوگی۔ لہٰذا لورینٹز قوت میکانکس میں سینٹری پیٹل فورس کے ساتھ مشابہت سے کام کرتی ہے، اور ذرہ ایک دائرے میں حرکت کرتا ہے۔

یہ بھی پڑھیں: ایک کلو واٹ میں کتنے واٹ ہوتے ہیں؟

نیوٹن کے قانون II کے مطابق ( $F = m\cdot a$ ) ہم ذرہ کی گردش کے رداس کا تعین کر سکتے ہیں:

$N = frac {m\cdot v}{q\cdot B}$ .

واضح رہے کہ جیسے ہی ذرہ کا مخصوص چارج تبدیل ہوتا ہے ( $frac {q}{m}$ )، رداس بھی بدل جاتا ہے۔

اس صورت میں، گردش کی مدت T = $frac {2\cdot \pi\cdot r}{v}$ = $frac {2\cdot \pi\cdot m}{q\cdot B}$ . یہ رفتار پر منحصر نہیں ہے، لہذا مختلف رفتار کے ساتھ ذرات کی باہمی پوزیشن ایک ہی ہوگی.

یکساں مقناطیسی میدان میں چارج شدہ ذرہ کی حرکت۔

زیادہ پیچیدہ صورت میں، جب ذرہ کی رفتار اور مقناطیسی میدان کی طاقت کے درمیان زاویہ صوابدیدی ہے، تو یہ ایک ہیلیکل ٹریجیکٹری کے ساتھ حرکت کرے گا - آہستہ آہستہ فیلڈ کے متوازی سمت کی رفتار کے جزو کی قیمت پر، اور اس کے زیر اثر فریم کے ساتھ۔ کھڑا جزو

انجینئرنگ میں لورینٹز فورس کا اطلاق

کائنسکوپ

کائنسکوپ، جو کچھ عرصہ پہلے تک، جب اسے LCD (فلیٹ اسکرین) سے تبدیل کیا گیا تھا، ہر ٹی وی سیٹ میں تھا، لورینٹز فورس کے بغیر کام نہیں کر سکتا تھا۔ الیکٹرانوں کے تنگ بہاؤ سے اسکرین پر ٹیلی ویژن کی تصویر بنانے کے لیے، انحراف کنڈلیوں کا استعمال ایک لکیری طور پر مختلف مقناطیسی میدان بنانے کے لیے کیا جاتا ہے۔لائن کنڈلی الیکٹران بیم کو بائیں سے دائیں اور پیچھے منتقل کرتی ہے، فریم کنڈلی عمودی حرکت کے ذمہ دار ہیں، اوپر سے نیچے تک افقی طور پر چلنے والی بیم کو حرکت دیتے ہیں۔ میں بھی یہی اصول استعمال ہوتا ہے۔ oscilloscopes - متبادل الیکٹریکل وولٹیجز کا مطالعہ کرنے کے لیے۔

ماس سپیکٹروگراف

ایک ماس سپیکٹروگراف ایک ایسا آلہ ہے جو اپنے مخصوص چارج پر چارج شدہ ذرہ کے گردش کے رداس کا انحصار استعمال کرتا ہے۔ اس کے آپریشن کا اصول مندرجہ ذیل ہے:

چارج شدہ ذرات کا ایک ذریعہ، جو مصنوعی طور پر بنائے گئے برقی میدان کے ذریعے رفتار حاصل کرتے ہیں، کو ہوا کے مالیکیولز کے اثر کو ختم کرنے کے لیے ویکیوم چیمبر میں رکھا جاتا ہے۔ ذرات منبع سے باہر اڑتے ہیں اور دائرے کے ایک قوس سے گزرتے ہوئے، فوٹو گرافی کی پلیٹ سے ٹکراتے ہیں، جس سے اس پر نشانات رہ جاتے ہیں۔ مخصوص چارج پر منحصر ہے، رفتار کا رداس اور اس وجہ سے، اثر کا نقطہ بدل جاتا ہے۔ اس رداس کی پیمائش کرنا آسان ہے، اور اسے جانتے ہوئے، آپ ذرہ کی کمیت کا حساب لگا سکتے ہیں۔ ایک بڑے پیمانے پر سپیکٹروگراف کا استعمال کرتے ہوئے، مثال کے طور پر، چاند کی مٹی کی ساخت کا مطالعہ کیا گیا تھا.

یہ بھی پڑھیں: بجلی سے متعلق کچھ پیشے کیا ہیں؟

سائکلوٹرون

مدت کی آزادی، اور اسی وجہ سے مقناطیسی میدان کی موجودگی میں چارج شدہ ذرہ کی گردش کی فریکوئنسی کو ایک اپریٹس میں استعمال کیا جاتا ہے جسے سائکلوٹون کہتے ہیں، جو ذرات کو تیز رفتاری سے تیز کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔ سائکلوٹرون دو کھوکھلی دھات کے آدھے سلنڈر ہیں، ڈونٹ (ہر ایک کی شکل لاطینی حرف D کی طرح ہے۔)، ان کے سیدھے اطراف تھوڑی فاصلے پر ایک دوسرے کے سامنے رکھے ہوئے ہیں۔

سائکلوٹرون - لورینٹز فورس کا اطلاق۔

ڈوئنٹس کو ایک مستقل یکساں مقناطیسی میدان میں رکھا جاتا ہے، اور ان کے درمیان ایک متبادل برقی میدان پیدا ہوتا ہے، جس کی فریکوئنسی ذرہ کی گردش کی فریکوئنسی کے برابر ہوتی ہے، جو مقناطیسی میدان کی طاقت اور مخصوص چارج سے متعین ہوتی ہے۔گردش کی مدت کے دوران دو بار برقی میدان کے سامنے آنے کے بعد (ایک ڈوانٹ سے دوسرے میں منتقلی کے دوران)، ذرہ ہر بار تیز ہوتا ہے، رفتار کے رداس کو بڑھاتا ہے، اور ایک خاص لمحے پر، ضروری رفتار حاصل کرنے کے بعد، یہ باہر سے اڑ جاتا ہے۔ سوراخ کے ذریعے آلہ. اس طرح ایک پروٹون کو 20 MeV کی توانائی تک تیز کر سکتا ہے۔میگا الیکٹرانولٹ).

میگنیٹرون

ایک آلہ جسے میگنیٹران کہتے ہیں، جو ہر ایک میں نصب ہوتا ہے۔ مائکروویو اوونLorentz فورس استعمال کرنے والے آلات کا ایک اور نمائندہ ہے۔ میگنیٹرون کا استعمال ایک طاقتور مائکروویو فیلڈ بنانے کے لیے کیا جاتا ہے جو تندور کے اندرونی حجم کو گرم کرتا ہے جہاں کھانا رکھا جاتا ہے۔ اس میں شامل میگنےٹ ڈیوائس کے اندر الیکٹران کی رفتار کو درست کرتے ہیں۔

زمین کا مقناطیسی میدان

اور فطرت میں، لورینٹز قوت بنی نوع انسان کے لیے انتہائی اہم کردار ادا کرتی ہے۔ اس کی موجودگی زمین کے مقناطیسی میدان کو انسانوں کو خلا کی مہلک آئنائزنگ تابکاری سے بچانے کی اجازت دیتی ہے۔ میدان چارج شدہ ذرات کو سیارے کی سطح پر بمباری کرنے سے روکتا ہے، انہیں سمت تبدیل کرنے پر مجبور کرتا ہے۔

متعلقہ مضامین: