Движение заряженных частиц в магнитном поле — КиберПедия 

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого...

Своеобразие русской архитектуры: Основной материал – дерево – быстрота постройки, но недолговечность и необходимость деления...

Движение заряженных частиц в магнитном поле

2017-09-10 445
Движение заряженных частиц в магнитном поле 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

 

Сила Лоренца

Т.к. , то;

Модуль силы Лоренца

где q - величина заряда;

V - скорость заряженной частицы;

B - индукция магнитного поля;

α - угол между направлением векторов скорости и индукции

 

Направление действия этой силы, может быть определено для положительных зарядов с помощью «правила левой руки»: если расположить левую руку так, чтобы силовые линии поля входили в ладонь, а четыре пальца указывали направление вектора скорости, то большой палец укажет направление действия силы. Для отрицательных зарядов направление действия силы противоположное.

По международным стандартам именно через силу Лоренца определяется единица индукции - тесла, равная магнитной индукции однородного магнитного поля, в котором на заряженную частицу с зарядом 1 Кл, движущуюся перпендикулярно линиям индукции со скоростью 1 м/с, действует сила 1 Н.

Полная сила Лоренца, действующая на носитель заряда в электромагнитном поле равна

Движение заряженных частиц в магнитном поле

1. При V = 0 Fл = 0 (на неподвижный заряд магнитное поле не действует).

2. При α = 0о (заряд влетает в параллельное поле) sin α = 0 → Fл = 0.

3. При α = 90о → sin α = 1 →

Если частица массой m с зарядом q влетает в однородное магнитное поле с индукцией перпендикулярно его силовым линиям, то под действием силы Лоренца она приобретает нормальное ускорение, перпендикулярное плоскости векторов скорости и индукции:

Модуль скорости частицы при этом меняться не будет, поскольку сила, перпендикулярная перемещению, работы не совершает.

Траекторией движения такой частицы будет окружность радиуса R:

Период обращения частицы не зависит от скорости движения

4. При 00 < α < 900

Если частица влетает в магнитное поле под углом a к силовым линиям, то составляющая скорости, перпендикулярная силовым линиям (V ^ = V∙sin α), обеспечит движение по окружности радиуса R, а параллельная составляющая (V ׀׀ = V∙cos α) – поступательное движение. В результате траектория частицы будет представлять собой винтовую линию с шагом h. Радиус винтовой линии рассчитаем на основании закона Ньютона

 

Шаг винтовой линии h равен пути, который проходит частица с параллельной составляющей скорости за время одного периода T:

 

 

Работа силы Лоренца равна нулю независимо от массы частицы, заряда и траектории движения, так как Fл всегда перпендикулярна направлению скорости

Применение силы Лоренца

1. Масс-спектрометры

На применении силы Лоренца основана работа масс-спектрометров, с помощью которых определяют массы заряженных частиц.

Пучок заряженных частиц, ускоренный разностью потенциалов, влетает в селектор, представляющий собой заряженный конденсатор, находящийся в магнитном поле, перпендикулярном силовым линиям электрического поля. Сквозь селектор могут прорваться только частицы, для которых сила Лоренца уравновешивает силу Кулона (остальные частицы отклоняются и оседают на пластины)

.Отобранные частицы равных скоростей попадают в магнитное поле индукцией , перпендикулярное направлению скорости частиц, и движутся по круговой траектории с радиусом

Удельный заряд частицы на фотографии её трека в магнитном поле определяется радиусом траектории

Если известен заряд частицы, рассчитывают её массу. Так, систематически измеряя массы атомных ядер, обнаружили существование изотопов.

 

2. Ускорители заряженных частиц:

a) Линейный ускоритель (ускорение частиц до энергии ≈ 10 МэВ);

b) Циклотрон ( ускорение протонов до энергии ≈ 20 МэВ );

c) Фазотрон ( ускорение протонов до энергии ≈ 1 ГэВ );

d) Синхротрон ( ускорение электронов до энергии ≈ 10 ГэВ );

e) Синхрофазотрон ( ускорение тяжелых заряженных частиц, например, протонов и ионов до энергии ≈ 500 ГэВ )


Поделиться с друзьями:

Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства...

Семя – орган полового размножения и расселения растений: наружи у семян имеется плотный покров – кожура...

Наброски и зарисовки растений, плодов, цветов: Освоить конструктивное построение структуры дерева через зарисовки отдельных деревьев, группы деревьев...

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.009 с.