【STEP4-7】荷電粒子が磁界から受ける力｜円運動になる理由を読む

Lesson7　荷電粒子が磁界から受ける力｜円運動になる理由を読む

Lesson6の導体を、
動く一個の電荷まで小さくするとローレンツ力になります。

磁気で手が止まりやすいのは、
公式が多いからだけではありません。

負電荷でも正電荷と同じ向きに力が働くと思うこと。

このLessonでは、
式を選ぶ前に「原因 → 磁界・磁束 → 結果」の順番を図にします。

磁気は、
矢印を描いてから式を選ぶ。

まず、現象を言葉で読む

速度vで動く電荷qが磁界Bに入ると、
速度と磁界の両方に直角な力を受けます。
力が進行方向に直角なので仕事をせず、
速さは変わりません。
向きだけが変わり続けるため円運動になります。
負電荷では力の向きが反転します。

• 正電荷の向きを基準にする
• 負電荷なら最後に反転
• 力は速度に直角
• 速さは変えず進行方向を変える

計算前に、増減と向きを予想する

公式へ数字を入れる前に、
何を大きくすると答えが増えるか、
どの矢印が原因かを確認します。

F=qvB\sin\theta,\qquad r=\frac{mv}{|q|B}

速い・重い粒子ほど大きな円を描き、
電荷量や磁束密度が大きいほど小さく曲がります。

小さな数字で確認する

m=2.0×10⁻⁶ kg、v=3.0 m/s、|q|=1.0×10⁻³ C、B=0.50 Tなら、r=0.012 mです。

計算結果だけで終わらず、
最初の予想と一致したかを確かめてください。
予想と逆なら、
計算より先に式の分子・分母、
角度、
単位を見直します。

向きを決める道具を選ぶ

手の形を作る前に、「今回は何を求めるのか」を一行で書きます。

はるの気づき

電子の向き問題で毎回逆になったのは、
最初から負電荷を頭の中で処理していたからでした。
まず正電荷で決め、
最後に一度だけ反転すると安定します。

分からない場所へ戻ることは、
後退ではありません。
矢印と原因をつなぎ直す作業です。

電験3種では、ここを確認する

1. 正負で力の向きを反転
2. 速度と磁界が平行なら力0
3. 半径の比例・反比例

数値が出たら単位を先にそろえ、
向きが出たら「・＝手前」「×＝奥」を図へ書き込みます。

まとめ

速度vで動く電荷qが磁界Bに入ると、
速度と磁界の両方に直角な力を受けます。
力が進行方向に直角なので仕事をせず、
速さは変わりません。
向きだけが変わり続けるため円運動になります。
負電荷では力の向きが反転します。

次はLesson8「電磁誘導」です。