ผลของสนามแม่เหล็กต่อการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า
สนามแม่เหล็ก (magnetic field) หมายถึง บริเวณที่มีแรงแม่เหล็กกระทำ โดยสนามแม่เหล็กเป็นบริเวณรอบ ๆ แท่งแม่เหล็ก ซึ่งมีแรงแม่เหล็กกระทำต่อวัตถุ ความเข้มและทิศทางของสนามแม่เหล็กแสดง เส้นแรงแม่เหล็ก และนักวิทยาศาสตร์ได้ตีความเกี่ยวกับคำว่าสนามไว้ว่ามันคือเราไม่สามารถมองเห็นได้
ผลของสนามแม่เหล็กต่อการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า เกิดขึ้นเมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็กจะถูกแรงแม่เหล็ก (magnetic force) กระทำ ทำให้แนวการเคลื่อนที่เปลี่ยนไป เช่น เมื่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า q เคลื่อนที่ผ่านเข้าไปในบริเวณที่มีสนามแม่เหล็ก B จะมีแรงมากระทำต่ออนุภาคนั้น ทำให้มีทิศการเคลื่อนที่เปลี่ยนแปลงไป เรียกแรงที่มากระทำนี้ว่า “แรงเนื่องจากสนามแม่เหล็ก หรือ แรงลอเรนตซ์” ซึ่งมีค่าเท่ากับ เมื่อ
FB คือ แรงเนื่องจากสนามแม่เหล็ก มีหน่วยเป็น นิวตัน (N)
F คือ แรงที่กระทำต่อประจุ q มีหน่วยเป็น นิวตัน ( N )
θ คือ มุมระหว่าง v กับ B
B คือ สนามแม่เหล็ก มีหน่วยเป็น เทสลา ( T )
q คือ ประจุไฟฟ้าบนอนุภาคที่เคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็ก มีหน่วยเป็น คูลอมบ์ ( C )
v คือ ความเร็วของอนุภาค มีหน่วยเป็น เมตรต่อวินาที ( m/s )
อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก แบ่งแนวการเคลื่อนที่ได้ 3 ลักษณะดังนี้
1. เมื่ออนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่ตามทิศสนามแม่เหล็กหรือสวนทางกลับสนามแม่เหล็ก ( θ = 0° หรือ θ = 180° ) จะไม่เกิดแรงกระทำต่ออนุภาคนี้ ( F = 0 ) ทางเดินของอนุภาคเป็นเส้นตรงด้วยความเร็วคงที่
2. เมื่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ตั้งฉากกับสนามแม่เหล็ก (θ = 90° ) แรงกระทำจะมีค่าสูงสุดและทิศของแรงที่กระทำต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าจะมีทิศตั้งฉากกับกับทิศการเคลื่อนที่ตลอดเวลาจึงมีผลให้อนุภาคเคลื่อนที่เป็นวงกลมหรือส่วนหนึ่งของวงกลมด้วยอัตราเร็วคงที่
3. เมื่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่ทำมุม 0°<θ หรือ มุมใดๆ (นอกจากกรณี1และ2) กับสนามแม่เหล็ก จะได้ F = qvBsinθ โดยเกิดแรงที่กระทำต่ออนุภาคมีมุม θ กับแนวการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุเป็นผลให้ การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุจะเป็นเกลียว
ในการหาทิศของแรงที่กระทำต่ออิเล็กตรอนซึ่งเป็นอนุภาคประจุไฟฟ้าลบ ใช้มือขวา โดยหันนิ้วทั้งสี่ไปทางทิศของความเร็ววนนิ้วทั้งสี่ไปหาสนามแม่เหล็ก นิ้วหัวแม่มือจะชี้ไปทางทิศตรงข้ามกับทิศของแรง สำหรับการหาทิศของแรงที่กระทำต่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าบวก ยังคงใช้มือขวา นิ้วหัวแม่มือจะไปทางทิศของแรง
