Движение заряженных частиц в магнитном поле. Сила Лоренца. Школьный курс физики

Главная | Физика 11 класс | Движение заряженных частиц в магнитном поле

Сила Лоренца.

Значительный интерес представляет движение заряженных частиц в области пространства, где одновременно имеются электрическое и магнитное поля. Для этого случая Лоренц получил выражение для силы, которую в честь него называют силой Лоренца. Она представляет собой сумму сил, действующих на заряженную частицу, которая движется в электрическом и магнитном полях.

Пусть заряженная частица с зарядом q движется со скоростью в однородном магнитном поле с индукцией и в однородном электрическом поле с напряжённостью . Электрическое поле действует на заряд q с силой, модуль которой равен F_э = qE. Эта составляющая силы Лоренца получила название электрической составляющей.

В магнитном поле на движущуюся частицу действует магнитная составляющая силы Лоренца.

Её модуль можно найти с помощью закона Ампера. Предположим, что проводник с током находится в однородном магнитном поле. Вдоль проводника движутся заряженные частицы. Рассмотрим отрезок проводника длиной Δl и площадью поперечного сечения S (рис. 3.38).

Рис. 3.38

На него со стороны магнитного поля действует сила Ампера. В § 1 «Условия существования электрического тока. Электрический ток в проводниках» была выведена формула, определяющая силу тока в проводнике:

I = qnυS.

Подставив это выражение в формулу для модуля силы Ампера

F_A = BIΔlsin α, получим

F_A = BqnvSΔlsin α,

где N = nSΔl — число заряженных частиц в рассматриваемом объёме SΔl. Магнитная составляющая силы Лоренца равна по модулю

где α — угол между векторами и .

Магнитная составляющая силы Лоренца всегда перпендикулярна плоскости, в которой располагаются вектор скорости заряженной частицы и вектор индукции магнитного поля.

В силу того что данная сила перпендикулярна скорости частицы, она не совершает работы.

Следовательно, если есть и электрическое поле, и магнитное, то полная сила , действующая на движущуюся частицу, равна

= _э + _л.

Для определения направления магнитной составляющей силы Лоренца используют правило левой руки.

Если левую руку расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, а четыре вытянутых пальца показывали направление скорости движения положительно заряженной частицы, то отогнутый (в плоскости ладони) на 90° большой палец покажет направление действующей на заряженную частицу магнитной составляющей силы Лоренца.

Если в магнитном поле движутся отрицательно заряженные частицы, то пальцы левой руки следует располагать противоположно направлению вектора скорости. Для иллюстрации применения правила левой руки приведём рисунок 3.39.

Рис. 3.39

На нём штриховыми линиями указаны траектории движения зарядов (на рис. 3.39, а — положительного заряда, на рис. 3.39, б — отрицательного заряда).

Движение заряженной частицы в однородном магнитном поле.

Рассмотрим наиболее простой случай движения заряженной частицы в магнитном поле — это движение в однородном магнитном поле с индукцией, перпендикулярной начальной скорости частицы (рис. 3.40).

Рис. 3.40

Так как магнитное поле не изменяет модуля скорости заряженной частицы, то остаётся неизменным и модуль магнитной составляющей силы Лоренца. Поскольку эта сила перпендикулярна скорости, то частица движется с центростремительным ускорением. Неизменность по модулю центростремительного ускорения частицы, движущейся с постоянной по модулю скоростью, означает, что радиус кривизны R траектории частицы постоянен.

Частица движется равномерно по окружности радиусом R. Согласно второму закону Ньютона,

Следовательно, измерив R при известных υ и В, мы можем определить удельный заряд различных частиц.

Масс-спектрограф.

C помощью магнитного поля можно разделять заряженные частицы по их удельным зарядам и точно определять массы частиц. Разделение частиц осуществляется в масс-спектрографах ¹.

---

¹ Масс-спектрограф был впервые сконструирован в 1919 г. учеником Дж. Дж. Томсона — Франсисом Астоном (1877—1945). C помощью этого прибора он произвёл точные измерения масс и дефектов масс ряда изотопов.

  

Рис. 3.41

На рисунке 3.41, а изображена схема простейшего масс-спектрографа, а на рисунке 3.41, б — внешний вид современного прибора. Вакуумная камера масс-спектрографа помещена в магнитное поле (вектор магнитной индукции перпендикулярен рисунку). Ускоренные электрическим полем заряженные частицы (электроны или ионы), описав дугу, попадают на фотопластинку, где оставляют след, позволяющий с большой точностью измерить радиус траектории R. По этому радиусу можно определить удельный заряд иона и, следовательно, его массу.

Циклотрон.

Используя формулу для радиуса траектории, найдём время прохождения заряженной частицей полуокружности:

т. е. Δt зависит только от свойств частицы и индукции магнитного поля.

Этот факт был использован американским физиком Эрнестом Лоуренсом (1901 — 1958), который в 1931 г. создал циклотрон. Это устройство позволяет ускорять заряженные частицы сравнительно небольшим электрическим полем в течение ряда циклов. Рассмотрим устройство циклотрона (рис. 3.42).

Рис. 3.42

Два электрода специальной формы — дуанты находятся в камере, где поддерживается вакуум (рис. 3.43).

Рис. 3.43

Дуанты помещают между полюсами сильного магнита, и к ним подводится переменная разность потенциалов. В центре камеры между дуантами располагают источник заряженных частиц. В тот момент, когда между дуантами существует высокая разность потенциалов, электрическое поле в промежутке между ними ускоряет заряженные частицы.

Ускоренные частицы влетают во внутреннюю часть дуанта, где электрическое поле практически отсутствует. Двигаясь под действием магнитной составляющей силы Лоренца по окружности, заряженные частицы через половину оборота снова появляются в щели между дуантами.

Те из частиц, которые двигались с подходящей скоростью, пройдут через щель как раз в тот момент (через половину периода изменения приложенного к дуантам напряжения), когда там электрическое поле успеет сменить своё направление на противоположное. Такие частицы снова ускоряются, описывают внутри другого дуанта полуокружность ещё большего радиуса и снова в необходимый момент подходят к ускоряющему промежутку (время прохождения частицами полуокружности остаётся неизменным, так как оно не зависит от скорости частицы) и т.

д. Остальные частицы ускоряются незначительно или совсем не ускоряются.

Циклотроны и другие более мощные ускорители заряженных частиц (например, фазотроны, синхротроны, синхрофазотроны) находят широкое применение в ядерной физике и физике элементарных частиц. Изучая столкновения ускоренных частиц с частицами мишени, физики получают возможность исследовать строение микрочастиц, действующие между ними силы, взаимные превращения элементарных частиц.

Магнитный щит земли.

Магнитное поле Земли оказывает существенное влияние на поток заряженных частиц из космоса (космические лучи). Оно образует третий «защитный пояс» наряду с атмосферой и ионосферой, защищающий живые организмы на Земле от губительного действия космических лучей.

На большой высоте магнитное поле Земли невелико, но захватывает громадные области пространства. Действуя на заряженную частицу длительное время, оно существенно изменяет её траекторию. Вместо прямой линии получается спираль, навивающаяся на линии индукции магнитного поля (рис. 3.44).

Рис. 3.44

На летящую вдоль линии магнитной индукции частицу сила Лоренца не действует. Вот почему частицы свободно могут приближаться к полюсам, откуда веером расходятся линии магнитной индукции.

Кроме того, магнитное поле Земли удерживает на большой высоте заряженные частицы не слишком больших энергий. Эти области с повышенной концентрацией заряженных частиц, окружающих земной шар, называют радиационными поясами. Большинство частиц внешнего радиационного пояса Земли составляют электроны, а её внутреннего радиационного пояса — протоны (рис. 3.45).

Рис. 3.45

Протоны задерживаются более сильным магнитным полем во внутреннем радиационном поясе. В радиационных поясах заряженные частицы движутся от одного полюса к другому, оставаясь в «магнитной ловушке».

Вопросы:

1. Что называют:

а) электрической составляющей силы Лоренца;

б) магнитной составляющей силы Лоренца?

2. В каком случае магнитная составляющая силы Лоренца будет максимальной?

3. Как можно определить направление магнитной составляющей силы Лоренца, действующей:

а) на положительно заряженную частицу;

б) на отрицательно заряженную частицу?

4. Для чего используют:

а) масс-спектрограф;

б) циклотрон?

5. Как влияет магнитное поле Земли на потоки космических лучей?

Вопросы для обсуждения:

1. Действует ли магнитная составляющая силы Лоренца:

а) на незаряженную частицу в однородном магнитном поле;

б) на заряженную частицу, покоящуюся в магнитном поле;

в) на заряженную частицу, движущуюся вдоль линий магнитного поля?

2. Как будет двигаться положительно заряженная частица в параллельных электрическом и магнитном полях, если её начальная скорость направлена под некоторым углом к и к ?

Пример решения задачи

Электрон влетает в однородное магнитное поле с индукцией 10 ^-3 Тл перпендикулярно линиям магнитной индукции и под углом α = π/4 к границе поля (рис. 3.46, а).

  

Рис. 3.46

Модуль скорости электрона равен 10⁶ м/с. В направлении осей X и Y магнитное поле безгранично. На каком расстоянии от точки влёта электрон вылетит из поля? Отношение заряда электрона к его массе e/m = 1,76 ∙ 10¹¹ Кл/кг.

В магнитном поле под действием магнитной составляющей силы Лоренца электрон опишет дугу окружности. Найдём её радиус R. Запишем второй закон Ньютона:

m = _л .

Ответ: l = 8 мм.

Упражнения:

1. Протон в магнитном поле с индукцией 0,01 Тл описал окружность радиусом 10 см. Чему равна скорость протона?

2. Найдите ускорение протона, который движется со скоростью 2 м/с в магнитном поле с индукцией 3 мТл перпендикулярно линиям магнитной индукции.

3. Определите кинетическую энергию электрона, движущегося по окружности радиусом 1 см в однородном магнитном поле с индукцией 0,03 Тл. Приведите ответ в Дж и в эВ.

4. Протон с энергией 600 эВ влетает в однородное магнитное поле с индукцией 0,33 Тл перпендикулярно линиям магнитной индукции. Найдите радиус траектории протона. Будет ли изменяться кинетическая энергия протона при движении в этом магнитном поле?

5. Электрон влетает в однородное магнитное поле с индукцией 9,4 мТл так, что вектор его скорости составляет угол 30° с направлением линий магнитной индукции (рис. 3.47).

Рис. 3.47

Определите радиус витков траектории электрона и расстояние, пройденное им вдоль линии магнитной индукции за три витка. Скорость электрона равна 2,5 ∙ 10⁶ м/с.

6. Электрон, влетающий в однородное магнит ное поле под углом 60° к линиям магнитной индукции, движется по спирали диаметром 10 см с периодом обращения 6 ∙ 10 ^-5 с. Определите скорость электрона, индукцию магнитного поля и шаг спирали.

Предыдущая страницаСледующая страница

UNEC – Azərbaycan Dövlət İqtisad Universiteti — Page not found

Why UNEC?

Regionda iqtisad elmini dərindən öyrədən fundamental elm və təhsil mərkəzidir;
Tədris prosesi və kadr hazırlığı beynəlxalq təhsil sisteminə uyğundur;
İxtisaslar bakalavr, magistr və doktorantura təhsil pillələri üzrə
azərbaycan, ingilis, rus və türk dillərində tədris edilir;
Auditoriyada mərkəz nöqtəsi tələbədir;
Tələbə universiteti iki və daha çox ixtisasla (dual major) bitirə bilər;
Tələbələrin müxtəlif mübadilə proqramlarında iştirak etmək imkanı vardır;
Universitetdə 10 fakültə və 17 kafedra fəaliyyət gös­tərir;
403 professor və dosent çalışır.

Son xəbərlər Elanlar Bütün xəbərlər ALL ANNOUNCEMENTS

The Journal of Economic Sciences: Theory and Practice

№ 2

ECONOMIC HERITAGE OF HEYDAR ALIYEV

Connect with
rector

• Graduates

  Mikayıl Cabbarov

  İqtisadiyyat naziri

• Graduates

  Ceyhun Bayramov

  Xarici işlər naziri

• Graduates

  Şahin Mustafayev

  Azərbaycan Respublikası Baş Nazirinin müavini

• Graduates

  Muxtar Babayev

  Ekologiya və təbii sərvətlər naziri

• Graduates

  Fərid Qayıbov

  Gənclər və idman naziri

• Graduates

  Səttar Möhbalıyev

  Azərbaycan Həmkarlar İttifaqları Konfederasiyasının sədri

• Graduates

  Vüqar Gülməmmədov

  Hesablama Palatasının sədri

• Graduates

  Vüsal Hüseynov

  Dövlət Miqrasiya Xidmətinin rəisi

• Graduates

  Ramin Quluzadə

  Azərbaycan Respublikası Prezidentinin İşlər müdiri

• Graduates

  Natiq Əmirov

  Azərbaycan Respublikası Prezidentinin İqtisadi islahatlar üzrə köməkçisi

• Graduates

  Kərəm Həsənov

  Prezident Administrasiyasının Dövlət nəzarəti məsələləri şöbəsinin müdiri

• Graduates

  Azər Əmiraslanov

  Nazirlər Kabineti Aparatının İqtisadiyyat şöbəsinin müdiri

• Graduates

  Rövşən Nəcəf

  AR Dövlət Neft Şirkətinin prezidenti

• Graduates

  Firudin Qurbanov

  Elm və təhsil nazirinin müavini

• Graduates

  İdris İsayev

  Elm və təhsil nazirinin müavini

• Graduates

  Sevinc Həsənova

  İqtisadiyyat nazirinin müavini

• Graduates

  Şirzad Abdullayev

  İqtisadiyyat nazirinin müşaviri

• Graduates

  Azər Bayramov

  Maliyyə nazirinin müavini

• Graduates

  Sahib Məmmədov

  İqtisadiyyat nazirinin müavini

• Graduates

  Məmməd Musayev

  Azərbaycan Respublikası Sahibkarlar (İşəgötürənlər) Təşkilatları Milli Konfederasiyasının prezidenti

• Graduates

  Vüsal Qasımlı

  İqtisadi İslahatların Təhlili və Kommunikasiya Mərkəzinin direktoru

• Graduates

  İlqar Rəhimov

  Milli Paralimpiya Komitəsinin prezidenti

• Graduates

  Rüfət Rüstəmzadə

  Qida Təhlükəsizliyi Agentliyinin sədr müavini

• Graduates

  Rəşad Mafusov

  Qida Təhlükəsizliyi Agentliyinin sədr müavini

• Graduates

  Rauf Səlimov

  Dövlət Statistika Komitəsi sədrinin müavini

• Graduates

  Cabbar Musayev

  Dövlət Statistika Komitəsinin Aparat rəhbəri

• Graduates

  Fərhad Hacıyev

  Gənclər və idman nazirinin müavini

• Graduates

  Süleyman Qasımov

  AR Dövlət Neft Şirkətinin iqtisadi məsələlər üzrə vitse-prezidenti

• Graduates

  Fərhad Tağı-zadə

  General-leytenant

• Graduates

  Ziyad Səmədzadə

  Millət vəkili

• Graduates

  Xanhüseyn Kazımlı

  Azərbaycan Sosial Rifah Partiyasının sədri

• Graduates

  Mikayıl İsmayılov

  AR Dövlət Neft Şirkətinin vitse-prezidenti

• Graduates

  Vahab Məmmədov

  Dövlət Statistika Komitəsi sədrinin birinci müavini

• Graduates

  Yusif Yusifov

  Dövlət Statistika Komitəsi sədrinin müavini

• Graduates

  Fəxrəddin İsmayılov

  Auditorlar Palatası sədrinin müavini

• Graduates

  Xalid Əhədov

  Birinci vitse-prezidentin köməkçisi

• Graduates

  Emin Hüseynov

  Birinci vitse-prezidentin köməkçisi

• Graduates

  Qəşəm Bayramov

  Auditorlar Palatası aparatının rəhbəri

• Graduates

  Rafiq Aslanov

  Meliorasiya və Su Təsərrüfatı Açıq Səhmdar Cəmiyyətinin sədr müavini

• Graduates

  Tahir Mirkişili

  Millət vəkili, Milli Məclisin İqtisadi siyasət, sənaye və sahibkarlıq komitəsinin sədri

• Graduates

  Əli Məsimli

  Millət vəkili

• Graduates

  Vüqar Bayramov

  Millət vəkili

• Graduates

  Eldar Quliyev

  Millət vəkili

• Graduates

  Əli Nuriyev

  AMEA-nın müxbir üzvü

• Graduates

  İqbal Məmmədov

  Millət vəkili

• Graduates

  Şahin Əliyev

  Nəqliyyat, Rabitə və Yüksək Texnologiyalar Nazirliyi yanında Elektron Təhlükəsizlik Xidmətinin rəisi

• Graduates

  Şahin Bayramov

  Mingəçevir Dövlət Universitetinin rektoru

• Graduates

  Balakişi Qasımov

  İctimai Televiziya və Radio Yayımları Şirkətinin baş direktoru

• Graduates

  Elnur Rzayev

  Xaçmaz Rayon İcra Hakimiyyətinin başçısı

• Graduates

  Kamran İbrahimov

  “Azərpoçt” MMC-nin baş direktor müavini

• Graduates

  Alim Quliyev

  Mərkəzi Bankın sədrinin birinci müavini

• Graduates

  Vadim Xubanov

  Mərkəzi Bankın sədrinin müavini

• Graduates

  Aftandil Babayev

  Mərkəzi Bankın sədrinin müavini

• Graduates

  Mehman Məmmədov

  “Expressbank” ASC-nin İdarə Heyətinin sədri

• Graduates

  Anar Həsənov

  AccessBankın İdarə Heyətinin Sədri

• Graduates

  Fərid Hüseynov

  «Kapital Bank»ın İdarə Heyəti sədrinin I müavini

• Graduates

  Rövşən Allahverdiyev

  Kapital Bankın İdarə Heyətinin sədri

• Graduates

  Rza Sadiq

  “Bank BTB” Müşahidə Şurasının Sədri

• Graduates

  Elnur Qurbanov

  “AFB Bank” ASC-nin Müşahidə Şurasının Sədri

• Graduates

  Zaur Qaraisayev

  “AFB Bank” ASC-nin İdarə Heyətinin Sədri

• Graduates

  Kamal İbrahimov

  “Baku Steel Company” şirkətinin direktoru

• Graduates

  Vaqif Həsənov

  «Qarant Sığorta» ASC-nin İdarə Heyətinin sədri

Elektron Kitabxana

ABCÇDEƏFGĞHXIİJKQLMNOÖPRSŞTUÜVYZ0-9

Налоги и налогообложение в Азербайджане

460 PAGES | DOWNLOAD

Dördüncü sənaye inqilabı

204 PAGES | DOWNLOAD

Mühasibat hesabatı

258 PAGES | DOWNLOAD

İaşə məhsullarının texnologiyası kursundan laboratoriya praktikumu

219 PAGES | DOWNLOAD

Susuz həyat yoxdur

215 PAGES | DOWNLOAD

Elektron kommersiya

212 PAGES | DOWNLOAD

www. president.az www.mehriban-aliyeva.org www.heydar-aliyev-foundation.org www.azerbaijan.az www.edu.gov.az www.tqdk.gov.az www.economy.gov.az www.science.gov.az www.azstat.org www.atgti.az www.virtualkarabakh.az www.ecosciences.edu.az www.polpred.com

5.4 Сила, действующая на движущийся заряд в магнитном поле: примеры и приложения

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

• Описать воздействие магнитного поля на движущийся заряд
• Рассчитать радиус кривизны пути заряда, движущегося в магнитном поле

Информация, представленная в этом разделе, поддерживает следующие цели обучения и научные практики AP®:

• 3.C.3.1 Учащийся может использовать правила правой руки для анализа ситуации, включающей проводник с током и движущийся электрически заряженный объект, чтобы определить направление магнитной силы, действующей на заряженный объект из-за магнитное поле, создаваемое проводником с током. (СП 1.4)

Магнитная сила может заставить заряженную частицу двигаться по круговой или спиральной траектории. Космические лучи — это энергичные заряженные частицы в космическом пространстве, некоторые из которых приближаются к Земле. Магнитное поле Земли может заставить их двигаться по спирали. Протоны в гигантских ускорителях удерживаются на круговой траектории благодаря магнитной силе. Фотография пузырьковой камеры на рис. 5.11 показывает заряженные частицы, движущиеся по таким изогнутым траекториям. Искривленные траектории заряженных частиц в магнитных полях лежат в основе ряда явлений и даже могут использоваться аналитически, например, в масс-спектрометре.

Рис. 5.11. Следы пузырьков образуются заряженными частицами высокой энергии, движущимися через перегретый жидкий водород в этом художественном исполнении пузырьковой камеры. Существует сильное магнитное поле, перпендикулярное странице, что приводит к искривлению траекторий частиц. Радиус пути можно использовать для определения массы, заряда и энергии частицы.

Значит, магнитная сила вызывает круговое движение? Магнитная сила всегда перпендикулярна скорости, поэтому на заряженную частицу она не действует. Таким образом, кинетическая энергия и скорость частицы остаются постоянными. Направление движения влияет, но не скорость. Это характерно для равномерного кругового движения. Простейший случай имеет место, когда заряженная частица движется перпендикулярно однородному полю размером 12{B} {} B-B, как показано на рис. 5.12. (Если это происходит в вакууме, магнитное поле является доминирующим фактором, определяющим движение.) Здесь магнитная сила создает центростремительную силу Fc=mv2/r.Fc=mv2/r.size 12{F rSub { size 8 {c} } = ital «mv» rSup { size 8{2} } /r} {} Заметив, что sinθ=1,sinθ=1,size 12{«sin»θ=1} {} мы видим, что F=qvB .F=qvB.size 12{F= ital «qvB»} {}

Рис. 5.12 Отрицательно заряженная частица движется в плоскости страницы в области, где магнитное поле перпендикулярно странице (представлено маленькими кружками с крестиком — как хвосты стрелок). Магнитная сила перпендикулярна скорости, поэтому скорость изменяется по направлению, но не по величине. Результат равномерного кругового движения.

Поскольку магнитная сила FF размера 12{F} {} обеспечивает центростремительную силу Fc,Fc,размер 12{F rSub { размер 8{c} } } {}, мы имеем

5.6 qvB=mv2r.qvB=mv2r. size 12{ ital «qvB»= { { ital «mv» rSup { size 8{2} } } over {r} } «.» } {}

Решение для размера rr 12{r} {} дает

5,7 r=mvqB.r=mvqB. size 12{r= { { ital «mv»} over { ital «qB»} } «.» } {}

Здесь rr размер 12{r} {} — радиус кривизны пути заряженной частицы с массой mm размером 12{m} {} и зарядом q,q,размером 12{q} {} движущегося со скоростью vv размером 12{v} {} перпендикулярно магнитному полю напряженностью B.B.size 12{B} {} Если скорость не перпендикулярна магнитному полю, то vv размером 12{v} {} является составляющей скорости перпендикулярно полю. Составляющая скорости, параллельная полю, не изменяется, потому что магнитная сила равна нулю для движения, параллельного полю. Это создает спиральное движение, а не круговое.

Пример 5.2 Расчет кривизны пути электрона, движущегося в магнитном поле: магнит на экране телевизора ЖК-экранов) сильно искажает его изображение, изменяя путь электронов, которые заставляют его люминофоры светиться.

(Не пытайтесь повторить это дома, так как это приведет к необратимому намагничиванию и повреждению телевизора.) Чтобы проиллюстрировать это, рассчитайте радиус кривизны пути электрона, имеющего скорость 6,00×107 м/с6,00 ×107 м/с размер 12{6 «.» «00» умножить на «10» rSup { размер 8{7} } `»м/с»} {} (соответствует ускоряющему напряжению около 10,0 кВ, используемому в некоторых телевизорах) перпендикулярно магнитному полю напряженностью B=0,500 ТБ =0,500 T размер 12{B=0 «.» «500» T} {} (доступно с постоянными магнитами).

Рисунок 5.13 Вид сбоку, показывающий, что происходит, когда магнит входит в контакт с монитором компьютера или экраном телевизора. Электроны движутся к экрану по спирали вокруг силовых линий магнитного поля, сохраняя составляющую своей скорости, параллельную силовым линиям. Это искажает изображение на экране.

Стратегия

Радиус кривизны rr можно найти непосредственно из уравнения r=mvqB,r=mvqB, так как все остальные величины в нем заданы или известны.

Решение

Использование известных значений массы и заряда электрона вместе с заданными значениями размера vv 12{v} {} и размера BB 12{B} {} дает нам

5,8 r=mvqB=9,11 ×10−31кг6,00×107м/с1,60×10−19C0,500T=6,83×10−4mr=mvqB=9,11×10−31кг6,00×107м/с1,60×10−19C0,500T=6,83×10 −4malignl { stack { size 12 {r = { { ital «mv»} over { ital «qB»} } = { { left (9 «.» «11» умножить на «10» rSup { size 8{ — «31» } } `»кг» вправо ) влево (6 «.» «00» раз «10» rSup { размер 8{7} } `»м/с» вправо )} над { влево (1 «.» «60» раз «10» rSup {размер 8{-«19»} } `C справа ) слева (0 «.» «500»`T справа )} } } {} # =6 «.» «83» умножить на «10» rSup { size 8{ — 4} } `m { } } } {}

или

5,9 r=0,683 мм.r=0,683 мм Размер 12{r=0 «.» «683»» мм»} {}

Обсуждение

Малый радиус означает

На рис. 5.14 показано, как электроны, движущиеся не перпендикулярно линиям магнитного поля, следуют за силовыми линиями. скорость, параллельная линиям, не изменяется, и поэтому заряды закручиваются вдоль силовых линий. Если напряженность поля увеличивается в направлении движения, поле будет оказывать силу, замедляющую заряды, образуя своего рода магнитное зеркало, как показано ниже.

Рис. 5.14 Когда заряженная частица движется вдоль линии магнитного поля в область, где поле становится сильнее, на частицу действует сила, уменьшающая составляющую скорости, параллельную полю. Эта сила замедляет движение вдоль силовой линии и здесь меняет его направление, образуя магнитное зеркало .

Свойства заряженных частиц в магнитных полях связаны с такими разными вещами, как Aurora Australis или Aurora Borealis и ускорителями частиц. Заряженные частицы, приближающиеся к силовым линиям магнитного поля, могут попасть в ловушку на спиральных орбитах вокруг линий, а не пересекать их , как показано выше. Некоторые космические лучи, например, следуют линиям магнитного поля Земли, проникая в атмосферу вблизи магнитных полюсов и вызывая южное или северное сияние за счет ионизации молекул в атмосфере. Это свечение возбужденных атомов и молекул видно на рис. 5.1. Те частицы, которые приближаются к средним широтам, должны пересекать силовые линии магнитного поля, и многие из них не могут проникнуть в атмосферу. Космические лучи являются компонентом фонового излучения; следовательно, они дают более высокую дозу радиации на полюсах, чем на экваторе.

Рис. 5.15 Энергичные электроны и протоны, составляющие космические лучи, исходящие от Солнца и глубокого космоса, часто следуют за силовыми линиями магнитного поля Земли, а не пересекают их. (Напомним, что северный магнитный полюс Земли на самом деле является южным полюсом с точки зрения стержневого магнита.)

Некоторые прилетающие заряженные частицы захватываются магнитным полем Земли, образуя два пояса над атмосферой, известные как радиационные пояса Ван Аллена в честь первооткрывателя Джеймса. А. Ван Аллен, американский астрофизик. (См. рис. 5.16.) Частицы, попавшие в эти пояса, образуют радиационные поля (подобные ядерному излучению) настолько интенсивные, что пилотируемые космические полеты избегают их, а спутники с чувствительной электроникой не попадают в них. За несколько минут, которые потребовались лунным миссиям для пересечения радиационных поясов Ван Аллена, астронавты получили дозы радиации, более чем в два раза превышающие допустимую годовую дозу радиационных работников. Подобные пояса есть и у других планет, особенно у тех, у которых сильные магнитные поля, таких как Юпитер.

Рис. 5.16 Радиационные пояса Ван Аллена представляют собой две области, в которых энергичные заряженные частицы захватываются магнитным полем Земли. Один пояс лежит на высоте около 300 км над поверхностью Земли, другой — на высоте около 16 000 км. Заряженные частицы в этих поясах мигрируют вдоль силовых линий магнитного поля и частично отражаются от полюсов более сильными там полями. Заряженные частицы, попадающие в атмосферу, восполняются солнцем и источниками в глубоком космосе.

На Земле у нас есть устройства, использующие магнитные поля для удержания заряженных частиц. Среди них гигантские ускорители частиц, которые использовались для изучения субструктуры материи. (См. рис. 5.17.) Магнитные поля не только контролируют направление заряженных частиц, они также используются для фокусировки частиц в пучки и преодоления отталкивания одноименных зарядов в этих пучках.

Рис. 5.17 В лаборатории Фермилаб в Иллинойсе есть большой ускоритель частиц (самый мощный в мире до 2008 г.), который использует магнитные поля (магниты показаны здесь оранжевым цветом) для сдерживания и направления луча. Этот и другие ускорители используются уже несколько десятилетий и позволили нам открыть некоторые законы, лежащие в основе всей материи. (ammcrim, Flickr)

Термоядерный синтез (подобный происходящему на Солнце) — это надежда на будущий источник чистой энергии. Одним из самых перспективных устройств является 9Токамак 0044 , который использует магнитные поля для удержания (или захвата) и направления реактивных заряженных частиц. (См. рис. 5.18.) Менее экзотические, но более практичные усилители в микроволновых печах используют магнитное поле для сдерживания колеблющихся электронов. Эти колеблющиеся электроны генерируют микроволны, направляемые в духовку.

Рис. 5.18 Токамаки, подобные показанному на рисунке, изучаются с целью экономичного производства энергии путем ядерного синтеза. Магнитные поля в устройстве в форме пончика удерживают и направляют реактивные заряженные частицы. (кредит: Дэвид Меллис, Flickr)

Масс-спектрометры имеют различные конструкции, и многие из них используют магнитные поля для измерения массы. Кривизна пути заряженной частицы в поле связана с ее массой и измеряется для получения информации о массе. (См. Дополнительные применения магнетизма.) Исторически такие методы использовались при первых прямых наблюдениях за зарядом и массой электрона. Сегодня масс-спектрометры (иногда в сочетании с газовыми хроматографами) используются для определения состава и последовательности крупных биологических молекул.

Почему протоны ориентируются по магнитному полю?

Магнитный момент протона возникает из-за фундаментального квантового свойства, называемого спином, которое заставляет протон вести себя как крошечный стержневой магнит с северным и южным полюсами. Помещенный во внешнее магнитное поле, спин протона может либо выровняться с полем, либо перевернуться, чтобы сориентироваться против поля .

Запрос на удаление

| Посмотреть полный ответ на сайте nature.com

Как магнитное поле влияет на протоны?

Если магнитное поле нашего более сильного магнита направлено вниз, путь протона будет изгибаться влево более тугой петлей, а путь электрона будет изгибаться вправо в более тугой петле.

Запрос на удаление

| Посмотреть полный ответ на ibex. swri.edu

Почему протон движется по окружности в однородном магнитном поле?

Это происходит из-за силы, которую он испытывает от магнитного поля, которое всегда толкает его в направлении, перпендикулярном как его направлению, так и направлению магнитного поля. В этом случае магнитное поле направлено прямо за экран, поэтому сила толкает протон по круговой траектории.

Запрос на удаление

| Посмотреть полный ответ на people.physics.carleton.ca

Почему электроны взаимодействуют с магнитным полем?

Состояния Ландау свободных электронов представляют собой форму квантованного состояния, принимаемого электронами, движущимися через магнитное поле. Все заряженные частицы взаимодействуют с электромагнитными полями посредством силы Лоренца. Это взаимодействие заставляет электроны в магнитном поле двигаться в виде штопора.

Запрос на удаление

| Посмотреть полный ответ на physicsworld. com

Как основное магнитное поле влияет на частоту прецессии протонов?

Поле B0 влияет не только на ориентацию протонов водорода, но и на скорость вращения этих протонов (так называемая частота прецессии). Частота прецессии зависит от силы магнитного поля. Чем сильнее магнитное поле, тем быстрее они вращаются.

Запрос на удаление

| См. полный ответ на kids.frontiersin.org

Основы МРТ: часть 2: выравнивание и прецессия

Что происходит с протоном и электроном в магнитном поле?

Следовательно, магнитная сила, действующая на электрон и протон из-за магнитного поля, будет одинаковой, но направления будут противоположными.

Запрос на удаление

| Посмотреть полный ответ на byjus.com

Что происходит, когда электрон и протон входят в магнитное поле?

Электрон и протон входят в область однородного магнитного поля в направлении, перпендикулярном полю, с одинаковой кинетической энергией. Они вращаются по круговым траекториям радиусов re и rp соответственно. Затем. Не беспокойся!

Запрос на удаление

| Посмотреть полный ответ на byjus.com

Двигаются ли протоны и электроны в магнитном поле в одном направлении?

Электрон и протон движутся с одинаковыми скоростями и в одном направлении под углом 90° к однородному магнитному полю. Они испытывают силы, которые есть изначально.

Запрос на удаление

| Посмотреть полный ответ на toppr.com

Что происходит, когда электрон движется в магнитном поле?

Эта магнитная сила действует как центростремительная сила на заряженную частицу. Итак, заряженная частица будет двигаться по криволинейной траектории в магнитном поле. Частица будет двигаться по криволинейной траектории и образует круг. Так, когда электрон движется в поперечном магнитном поле, его траектория становится круговой.

Запрос на удаление

| Посмотреть полный ответ на vedantu.com

Что происходит с электроном, движущимся в магнитном поле?

Работа, совершаемая магнитной силой над любой движущейся заряженной частицей, равна нулю, потому что магнитная сила действует перпендикулярно направлению движения. Поэтому скорость останется прежней.

Запрос на удаление

| Посмотреть полный ответ на toppr.com

Что происходит, когда протон движется параллельно магнитному полю?

В этом случае, когда протон движется параллельно магнитному полю, сила равна нулю.

Запрос на удаление

| Посмотреть полный ответ на toppr. com

Почему протоны не разлетаются?

Сама по себе кулоновская сила между протонами в ядре заставила бы ядро ​​немедленно разлететься на части. Но нуклоны, как протоны, так и нейтроны, также притягиваются друг к другу посредством другой силы, «ядерной силы». Именно эта сила удерживает ядро ​​вместе.

Запрос на удаление

| Посмотреть полный ответ на web1.eng.famu.fsu.edu

Почему электроны движутся, а протоны нет?

Электроны связаны с ядром электростатической силой, которая менее мощна, чем ядерная сила. Поэтому, когда атому сообщается энергия, электроны теряют свою орбиту, но протон не может быть удален из ядра. Следовательно, протон не движется.

Запрос на удаление

| Посмотреть полный ответ на homework.study.com

Следуют ли протоны за силовыми линиями магнитного поля?

Заряженные частицы движутся по спирали вдоль силовых линий магнитного поля Земли. Энергичные электроны и протоны, составляющие космические лучи, исходящие от Солнца и глубокого космоса, часто следуют силовым линиям магнитного поля Земли, а не пересекают их.

Запрос на удаление

| Посмотреть полный ответ на phys.libretexts.org

Отклоняются ли протоны магнитным полем?

Протоны, катодные лучи и альфа-частицы являются заряженными частицами, поэтому они отклоняются магнитным полем. Но у нейтронов нет никакого заряда, поэтому они не отклоняются магнитным полем.

Запрос на удаление

| Посмотреть полный ответ на toppr.com

Ускоряются ли протоны в магнитном поле?

Кинетическая энергия протона является частью его собственной электрослабой энергии, которая обеспечивается источником магнитного поля. Кроме того, мы находим, что в постоянном и однородном магнитном поле адиабатическая спиновая релаксация одиночного протона сопровождается его ускорением вдоль магнитного поля.

Запрос на удаление

| Посмотреть полный ответ на arxiv.org

Каково направление движения протона в магнитном поле?

Здесь мы видим, что направление магнитной силы на протон направлено вправо, а на электрон — влево. Следовательно, величина силы, действующей на электрон и протон при одинаковых условиях, одинакова, но направление магнитной силы противоположно из-за противоположных знаков этих зарядов.

Запрос на удаление

| Посмотреть полный ответ на vedantu.com

Выталкивают ли магнитные поля электроны?

Магнитные поля можно использовать для получения электричества

Движущиеся магнитные поля притягивают и толкают электроны. Металлы, такие как медь и алюминий, имеют слабо удерживаемые электроны. Перемещение магнита вокруг катушки с проволокой или перемещение катушки с проволокой вокруг магнита толкает электроны в проволоке и создает электрический ток.

Запрос на удаление

| Посмотреть полный ответ на eia.gov

В каком направлении движутся электроны в магнитном поле?

Электроны текут от отрицательной клеммы к положительной. Обычный ток или просто ток ведет себя так, как если бы носители положительного заряда вызывают протекание тока. Обычный ток течет от положительной клеммы к отрицательной.

Запрос на удаление

| Полный ответ см. на web.engr.oregonstate.edu

Могут ли магнитные поля толкать и притягивать протоны?

Если бы вы ехали на протоне, направляющемся прямо к направленному вниз магнитному полю, вы и ваш протон сместились бы влево на величину, пропорциональную напряженности поля магнита. Чем сильнее магнитное поле, тем сильнее будет тянуть вас и ваш протон влево.

Запрос на удаление

| Посмотреть полный ответ на news. fnal.gov

Протоны движутся вместе с электрическим полем или против него?

Протон движется в электрическом поле из области низкого потенциала в область высокого потенциала, поэтому его потенциальная энергия увеличивается.

Запрос на удаление

| Посмотреть полный ответ на byjus.com

Почему после включения внешнего магнитного поля больше протонов направлено вверх?

Это связано с тем, что протоны имеют разные конфигурации спина (левые или правые), которые соответствуют разным энергетическим состояниям. Протоны, ориентирующиеся во внешнем магнитном поле, находятся в более низком энергетическом состоянии, а протоны, ориентирующиеся против внешнего магнитного поля, находятся в более высоком энергетическом состоянии.

Запрос на удаление

| Посмотреть полный ответ на physics.stackexchange.com

Какая сила будет действовать на протон, движущийся параллельно магнитному полю?

В этом случае, когда протон движется параллельно магнитному полю, сила равна нулю.

Запрос на удаление

| Посмотреть полный ответ на toppr.com

Когда протон высвобождается в магнитном поле?

Потому что магнитная сила, действующая на заряженную частицу в состоянии покоя, равна нулю. Поэтому, когда протон выходит из состояния покоя, он будет испытывать только электрическую силу и будет двигаться. Направление электрической силы будет совпадать с направлением ускорения.

Запрос на удаление

| Посмотреть полный ответ на vedantu.com

Что происходит с фотоном в магнитном поле?

Хотя магнитное поле не влияет на фотоны света напрямую, магнит может искажать среду, через которую проходит свет, и тем самым «искажать» световые лучи. Свет движется в пространстве-времени по геодезической — кратчайшему пути между двумя точками на искривленной поверхности.

Запрос на удаление

| Посмотреть полный ответ на newscientist.