洛倫茲力對現代生活的影響

張梓文

（燈塔市第一高級中學 遼寧燈塔 11317）

洛倫茲力是經典物理學的一部分，它主要研究電荷電流產生電場磁場的規律，電場和磁場的相互聯系，電磁場對電流電荷的作用，以及電磁場對物質的各種效應等。電磁現象是自然界存在的一種極為普遍的現象，它涉及到很廣的領域，電磁理論的研究和應用在認識客觀世界中展現了巨大的活力。在日常生活中，洛倫茲力有著很重要的作用，可以說，現代化的生活已經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、電磁場理論

場的概念：場是空間各點物理量的集合。物理量有標量，也有矢量。因此，物理理論中有標量場，也有矢量場。例如：溫度場、電勢場、引力場、電場等。電場的概念是由庫倫實驗定律、磁場的概念是由畢奧·薩法爾實驗定律根據力的直接作用原理引入的。[2]

磁場理論是完整的電磁學理論。它可以從理論上推導出電路理論中的歐姆定律、基爾霍夫定律、光學中的折射、反射定律及其他光學定律等；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、法拉第電磁感應定律以及麥克斯韋提出位移電流假定基礎上建立起來的。它反映了電磁場的運動規律。變化的電場和磁場可相互激發而在空間獨立存在。由此，麥克斯韋預言了電磁波的存在，并預言了光也是一種電磁波。若電磁場不隨時間變化，則為靜態場。若電磁場變化很慢則為擬穩場，其說明了市電在小尺度上可用直流電路的計算方法。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、能量守恒定律）。它把電現象與磁現象以及光現象統一起來了。洛倫茲力密度公式反映了電荷、電流受到的電磁場的作用力。電荷守恒定律，反映了自然界中關于電荷守恒的一個基本規律。介質的電磁性質方程，反映了物質在電磁場作用下的性質。實際上也反映了介質的結構，所以又稱為介質結構方程。以上四點構成了完整的電磁場理論。

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

二、洛倫茲力在現代生活中的應用

洛倫茲力是運動電荷在電磁場中所受的力，可分為兩部分，一部分是電場對運動電荷的作用力，另一部分是磁場對運動電荷的作用力。帶電粒子在磁場中運動時，會發生運動軌跡偏移的情況。質譜儀、粒子加速器、電子顯微鏡等都是洛倫茲力在現代生活中的應用。

利用洛倫茲力磁軸承線性能高和控制精度高的優點，有關學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，實現轉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，是飛輪系統的關鍵部件。

日常生活中，電視機的顯示器運用了洛倫茲力，使高速前進的電子偏轉從而打到屏幕的各個方向形成圖像。洛倫茲力與電視機顯像管。顯像管中有由電產生的磁場。運動的電子在磁場中受到洛倫茲力，使其運動方向發生偏轉。由于產生的電子是不相同的，所以電子的偏轉也是不同的。這樣電子流會打在熒光屏不同的位置上，并發生偏轉。

極光是來自太陽的高能粒子進入大氣后，與大氣發生作用而產生的。極光在赤道等低緯度地區難以發生，而只在兩極發生。地磁場使得在赤道等低緯度地區沒有極光的身影，結合地磁場，運動電荷垂直射向赤道（向東偏轉）和兩極（長驅直入），在低緯度地區難以見到美麗的極光是一種遺憾，但是，也正因為地磁場的存在，才能使我們人類的生產生活免遭宇宙高能粒子的傷害，保護了我們美麗的地球家園。[3]

利用洛倫茲力研制出來的質譜儀在科學研究中有著重的作用。有機質譜儀在實際使用的時候需要和氣相色素熱分析等一起使用。它主要是一種進行物質分離的儀器，實際工作過程中相關工作人員將有機混合物進行分離純化，然后放入到質譜儀中，經過質譜儀的工作，就能清楚地了解到樣品中每個組分的相關信息。這種質譜儀能夠在實際生產中也有著非常重要的作用，可以應用在有機化學，生物學以及視頻化學和石油化工等領域的成分分析工作中。在無機質譜儀中，主要是用做無機元素的微量分析以及同位素的分析?？梢詫π枰M行分析固體樣品做一個整體的分析，還能夠對固體表面以及內部進行一個有效的分析，還能對液體成分進行一定分析。

粒子加速器也是洛倫茲力的一個重要應用，帶電粒子在電場中會受到洛倫茲力的作用而加速，其能量會不斷提高。在實際的生產生活中，加速器運用得也越來越多，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小小的粒子加速器，這個顯象管外部有一個玻璃殼將其密封住，其內部是真空狀態。電子束在一個偏轉電極的作用下就能上下掃描，形成一個完整的圖象。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中，還有低能的加速器，這種加速器主要是用在核科學和核工程中，剩下的一部分加速器用在化學以及生物和物理的研究中?？梢哉f，加速器在日常生活中有著廣泛的應用。

結語

洛倫茲力論幾乎涉及到人類生活的每一個角落，對人類社會的發展貢獻極大。洛倫茲力的發展前景極為寬闊，將加速推動人類社會的發展。洛倫茲力作為其中的重要一部分，對現代生活產生了方方面面的影響，人們在生產 生活過程中，一直在尋求洛倫茲力在電力、照明、通訊等方面的應用和發展，相信經過科學家的努力研究，洛倫茲力在未來一定會有一個更廣泛的應用。