洛倫茲力對(duì)現(xiàn)代生活的影響

張梓文

（燈塔市第一高級(jí)中學(xué) 遼寧燈塔 11317）

洛倫茲力是經(jīng)典物理學(xué)的一部分，它主要研究電荷電流產(chǎn)生電場(chǎng)磁場(chǎng)的規(guī)律，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相互聯(lián)系，電磁場(chǎng)對(duì)電流電荷的作用，以及電磁場(chǎng)對(duì)物質(zhì)的各種效應(yīng)等。電磁現(xiàn)象是自然界存在的一種極為普遍的現(xiàn)象，它涉及到很廣的領(lǐng)域，電磁理論的研究和應(yīng)用在認(rèn)識(shí)客觀世界中展現(xiàn)了巨大的活力。在日常生活中，洛倫茲力有著很重要的作用，可以說，現(xiàn)代化的生活已經(jīng)離不開洛倫茲力的作用，洛倫茲力在人們的生活中也有著越來越重要的影響。[1]

一、電磁場(chǎng)理論

場(chǎng)的概念：場(chǎng)是空間各點(diǎn)物理量的集合。物理量有標(biāo)量，也有矢量。因此，物理理論中有標(biāo)量場(chǎng)，也有矢量場(chǎng)。例如：溫度場(chǎng)、電勢(shì)場(chǎng)、引力場(chǎng)、電場(chǎng)等。電場(chǎng)的概念是由庫倫實(shí)驗(yàn)定律、磁場(chǎng)的概念是由畢奧·薩法爾實(shí)驗(yàn)定律根據(jù)力的直接作用原理引入的。[2]

磁場(chǎng)理論是完整的電磁學(xué)理論。它可以從理論上推導(dǎo)出電路理論中的歐姆定律、基爾霍夫定律、光學(xué)中的折射、反射定律及其他光學(xué)定律等；解決了電磁輻射、電磁波傳播等電路理論無法解決的問題。

完整的電磁場(chǎng)理論包括：麥克斯韋方程組，它是在庫倫定律、畢奧·薩法爾定律、法拉第電磁感應(yīng)定律以及麥克斯韋提出位移電流假定基礎(chǔ)上建立起來的。它反映了電磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。變化的電場(chǎng)和磁場(chǎng)可相互激發(fā)而在空間獨(dú)立存在。由此，麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存在，并預(yù)言了光也是一種電磁波。若電磁場(chǎng)不隨時(shí)間變化，則為靜態(tài)場(chǎng)。若電磁場(chǎng)變化很慢則為擬穩(wěn)場(chǎng)，其說明了市電在小尺度上可用直流電路的計(jì)算方法。麥克斯韋方程組的建立是物理系史上的第三次大的綜合（牛頓力學(xué)、能量守恒定律）。它把電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象以及光現(xiàn)象統(tǒng)一起來了。洛倫茲力密度公式反映了電荷、電流受到的電磁場(chǎng)的作用力。電荷守恒定律，反映了自然界中關(guān)于電荷守恒的一個(gè)基本規(guī)律。介質(zhì)的電磁性質(zhì)方程，反映了物質(zhì)在電磁場(chǎng)作用下的性質(zhì)。實(shí)際上也反映了介質(zhì)的結(jié)構(gòu)，所以又稱為介質(zhì)結(jié)構(gòu)方程。以上四點(diǎn)構(gòu)成了完整的電磁場(chǎng)理論。

電磁場(chǎng)理論說明了電磁能量是如何傳遞的。在無導(dǎo)體空間，電磁能量是通過空間的電磁場(chǎng)傳遞的。在有導(dǎo)線時(shí)，電磁能量主要是通過導(dǎo)線附近的電磁場(chǎng)傳遞的，而導(dǎo)線僅起到引導(dǎo)作用。

二、洛倫茲力在現(xiàn)代生活中的應(yīng)用

洛倫茲力是運(yùn)動(dòng)電荷在電磁場(chǎng)中所受的力，可分為兩部分，一部分是電場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力，另一部分是磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力。帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)軌跡偏移的情況。質(zhì)譜儀、粒子加速器、電子顯微鏡等都是洛倫茲力在現(xiàn)代生活中的應(yīng)用。

利用洛倫茲力磁軸承線性能高和控制精度高的優(yōu)點(diǎn)，有關(guān)學(xué)家提出了一種洛倫茲力磁軸承懸浮支撐的微框架磁懸浮飛輪，利用洛倫茲力磁軸承，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子五自由度懸浮支撐。洛倫茲力磁軸承的性能直接決定微框架磁懸浮飛輪輸出控制力矩的大小和精度，是飛輪系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。

日常生活中，電視機(jī)的顯示器運(yùn)用了洛倫茲力，使高速前進(jìn)的電子偏轉(zhuǎn)從而打到屏幕的各個(gè)方向形成圖像。洛倫茲力與電視機(jī)顯像管。顯像管中有由電產(chǎn)生的磁場(chǎng)。運(yùn)動(dòng)的電子在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力，使其運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。由于產(chǎn)生的電子是不相同的，所以電子的偏轉(zhuǎn)也是不同的。這樣電子流會(huì)打在熒光屏不同的位置上，并發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

極光是來自太陽的高能粒子進(jìn)入大氣后，與大氣發(fā)生作用而產(chǎn)生的。極光在赤道等低緯度地區(qū)難以發(fā)生，而只在兩極發(fā)生。地磁場(chǎng)使得在赤道等低緯度地區(qū)沒有極光的身影，結(jié)合地磁場(chǎng)，運(yùn)動(dòng)電荷垂直射向赤道（向東偏轉(zhuǎn)）和兩極（長(zhǎng)驅(qū)直入），在低緯度地區(qū)難以見到美麗的極光是一種遺憾，但是，也正因?yàn)榈卮艌?chǎng)的存在，才能使我們?nèi)祟惖纳a(chǎn)生活免遭宇宙高能粒子的傷害，保護(hù)了我們美麗的地球家園。[3]

利用洛倫茲力研制出來的質(zhì)譜儀在科學(xué)研究中有著重的作用。有機(jī)質(zhì)譜儀在實(shí)際使用的時(shí)候需要和氣相色素?zé)岱治龅纫黄鹗褂?。它主要是一種進(jìn)行物質(zhì)分離的儀器，實(shí)際工作過程中相關(guān)工作人員將有機(jī)混合物進(jìn)行分離純化，然后放入到質(zhì)譜儀中，經(jīng)過質(zhì)譜儀的工作，就能清楚地了解到樣品中每個(gè)組分的相關(guān)信息。這種質(zhì)譜儀能夠在實(shí)際生產(chǎn)中也有著非常重要的作用，可以應(yīng)用在有機(jī)化學(xué)，生物學(xué)以及視頻化學(xué)和石油化工等領(lǐng)域的成分分析工作中。在無機(jī)質(zhì)譜儀中，主要是用做無機(jī)元素的微量分析以及同位素的分析?？梢詫?duì)需要進(jìn)行分析固體樣品做一個(gè)整體的分析，還能夠?qū)腆w表面以及內(nèi)部進(jìn)行一個(gè)有效的分析，還能對(duì)液體成分進(jìn)行一定分析。

粒子加速器也是洛倫茲力的一個(gè)重要應(yīng)用，帶電粒子在電場(chǎng)中會(huì)受到洛倫茲力的作用而加速，其能量會(huì)不斷提高。在實(shí)際的生產(chǎn)生活中，加速器運(yùn)用得也越來越多，在生活中常用的電腦的顯示器所使用的顯象管就像是一個(gè)小小的粒子加速器，這個(gè)顯象管外部有一個(gè)玻璃殼將其密封住，其內(nèi)部是真空狀態(tài)。電子束在一個(gè)偏轉(zhuǎn)電極的作用下就能上下掃描，形成一個(gè)完整的圖象。在粒子加速器中，粒子加速器中的加速器的功能和顯象管中電子槍功能相同。在生活中常用的粒子加速器有陰極射線管，這種加速器主要是用于電視機(jī)中，還有低能的加速器，這種加速器主要是用在核科學(xué)和核工程中，剩下的一部分加速器用在化學(xué)以及生物和物理的研究中。可以說，加速器在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用。

結(jié)語

洛倫茲力論幾乎涉及到人類生活的每一個(gè)角落，對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展貢獻(xiàn)極大。洛倫茲力的發(fā)展前景極為寬闊，將加速推動(dòng)人類社會(huì)的發(fā)展。洛倫茲力作為其中的重要一部分，對(duì)現(xiàn)代生活產(chǎn)生了方方面面的影響，人們?cè)谏a(chǎn) 生活過程中，一直在尋求洛倫茲力在電力、照明、通訊等方面的應(yīng)用和發(fā)展，相信經(jīng)過科學(xué)家的努力研究，洛倫茲力在未來一定會(huì)有一個(gè)更廣泛的應(yīng)用。