洛伦兹力对现代生活的影响

张梓文

（灯塔市第一高级中学 辽宁灯塔 11317）

洛伦兹力是经典物理学的一部分，它主要研究电荷电流产生电场磁场的规律，电场和磁场的相互联系，电磁场对电流电荷的作用，以及电磁场对物质的各种效应等。电磁现象是自然界存在的一种极为普遍的现象，它涉及到很广的领域，电磁理论的研究和应用在认识客观世界中展现了巨大的活力。在日常生活中，洛伦兹力有着很重要的作用，可以说，现代化的生活已经离不开洛伦兹力的作用，洛伦兹力在人们的生活中也有着越来越重要的影响。[1]

一、电磁场理论

场的概念：场是空间各点物理量的集合。物理量有标量，也有矢量。因此，物理理论中有标量场，也有矢量场。例如：温度场、电势场、引力场、电场等。电场的概念是由库伦实验定律、磁场的概念是由毕奥·萨法尔实验定律根据力的直接作用原理引入的。[2]

磁场理论是完整的电磁学理论。它可以从理论上推导出电路理论中的欧姆定律、基尔霍夫定律、光学中的折射、反射定律及其他光学定律等；解决了电磁辐射、电磁波传播等电路理论无法解决的问题。

完整的电磁场理论包括：麦克斯韦方程组，它是在库伦定律、毕奥·萨法尔定律、法拉第电磁感应定律以及麦克斯韦提出位移电流假定基础上建立起来的。它反映了电磁场的运动规律。变化的电场和磁场可相互激发而在空间独立存在。由此，麦克斯韦预言了电磁波的存在，并预言了光也是一种电磁波。若电磁场不随时间变化，则为静态场。若电磁场变化很慢则为拟稳场，其说明了市电在小尺度上可用直流电路的计算方法。麦克斯韦方程组的建立是物理系史上的第三次大的综合（牛顿力学、能量守恒定律）。它把电现象与磁现象以及光现象统一起来了。洛伦兹力密度公式反映了电荷、电流受到的电磁场的作用力。电荷守恒定律，反映了自然界中关于电荷守恒的一个基本规律。介质的电磁性质方程，反映了物质在电磁场作用下的性质。实际上也反映了介质的结构，所以又称为介质结构方程。以上四点构成了完整的电磁场理论。

电磁场理论说明了电磁能量是如何传递的。在无导体空间，电磁能量是通过空间的电磁场传递的。在有导线时，电磁能量主要是通过导线附近的电磁场传递的，而导线仅起到引导作用。

二、洛伦兹力在现代生活中的应用

洛伦兹力是运动电荷在电磁场中所受的力，可分为两部分，一部分是电场对运动电荷的作用力，另一部分是磁场对运动电荷的作用力。带电粒子在磁场中运动时，会发生运动轨迹偏移的情况。质谱仪、粒子加速器、电子显微镜等都是洛伦兹力在现代生活中的应用。

利用洛伦兹力磁轴承线性能高和控制精度高的优点，有关学家提出了一种洛伦兹力磁轴承悬浮支撑的微框架磁悬浮飞轮，利用洛伦兹力磁轴承，实现转子五自由度悬浮支撑。洛伦兹力磁轴承的性能直接决定微框架磁悬浮飞轮输出控制力矩的大小和精度，是飞轮系统的关键部件。

日常生活中，电视机的显示器运用了洛伦兹力，使高速前进的电子偏转从而打到屏幕的各个方向形成图像。洛伦兹力与电视机显像管。显像管中有由电产生的磁场。运动的电子在磁场中受到洛伦兹力，使其运动方向发生偏转。由于产生的电子是不相同的，所以电子的偏转也是不同的。这样电子流会打在荧光屏不同的位置上，并发生偏转。

极光是来自太阳的高能粒子进入大气后，与大气发生作用而产生的。极光在赤道等低纬度地区难以发生，而只在两极发生。地磁场使得在赤道等低纬度地区没有极光的身影，结合地磁场，运动电荷垂直射向赤道（向东偏转）和两极（长驱直入），在低纬度地区难以见到美丽的极光是一种遗憾，但是，也正因为地磁场的存在，才能使我们人类的生产生活免遭宇宙高能粒子的伤害，保护了我们美丽的地球家园。[3]

利用洛伦兹力研制出来的质谱仪在科学研究中有着重的作用。有机质谱仪在实际使用的时候需要和气相色素热分析等一起使用。它主要是一种进行物质分离的仪器，实际工作过程中相关工作人员将有机混合物进行分离纯化，然后放入到质谱仪中，经过质谱仪的工作，就能清楚地了解到样品中每个组分的相关信息。这种质谱仪能够在实际生产中也有着非常重要的作用，可以应用在有机化学，生物学以及视频化学和石油化工等领域的成分分析工作中。在无机质谱仪中，主要是用做无机元素的微量分析以及同位素的分析。可以对需要进行分析固体样品做一个整体的分析，还能够对固体表面以及内部进行一个有效的分析，还能对液体成分进行一定分析。

粒子加速器也是洛伦兹力的一个重要应用，带电粒子在电场中会受到洛伦兹力的作用而加速，其能量会不断提高。在实际的生产生活中，加速器运用得也越来越多，在生活中常用的电脑的显示器所使用的显象管就像是一个小小的粒子加速器，这个显象管外部有一个玻璃壳将其密封住，其内部是真空状态。电子束在一个偏转电极的作用下就能上下扫描，形成一个完整的图象。在粒子加速器中，粒子加速器中的加速器的功能和显象管中电子枪功能相同。在生活中常用的粒子加速器有阴极射线管，这种加速器主要是用于电视机中，还有低能的加速器，这种加速器主要是用在核科学和核工程中，剩下的一部分加速器用在化学以及生物和物理的研究中。可以说，加速器在日常生活中有着广泛的应用。

结语

洛伦兹力论几乎涉及到人类生活的每一个角落，对人类社会的发展贡献极大。洛伦兹力的发展前景极为宽阔，将加速推动人类社会的发展。洛伦兹力作为其中的重要一部分，对现代生活产生了方方面面的影响，人们在生产 生活过程中，一直在寻求洛伦兹力在电力、照明、通讯等方面的应用和发展，相信经过科学家的努力研究，洛伦兹力在未来一定会有一个更广泛的应用。