Перемещение электрического заряда в магнитном поле; Сила Лоренца – демонстрация физики UCSC

Рис. 1

В этой демонстрации нить накала создает электронный пучок, который отклоняется небольшой пластиной. Две катушки Гельмгольца используются для создания магнитного поля, которое изгибает электронный пучок в виде спирали, управляемой силой Лоренца (рис. 1).

Материалы:

Рисунок 2

• Трубчатый аппарат Teltron с двумя катушками Гельмгольца (рисунок 2)
• Блок питания с максимальным напряжением 200 В и током до 25 мА
• BK Прецизионный источник питания
• Шесть банановых кабелей

Демонстрация:

Подключите прецизионный источник питания BK к катушкам Гельмгольца с помощью бананового кабеля. Подключите клемму B+ источника питания с максимальным напряжением 200 В к клемме трубки Teltron с маркировкой «электроды», обозначающей отклоняющую пластину. Подключите клемму 6,3 В на блоке питания макс. 200 В к клемме с маркировкой «нагреватель» с указанием нити накала (см. рис. 2)

Включите блок питания макс. 200 В в «дежурный» режим; это запустит обогреватель. Через одну минуту нить накала должна начать светиться оранжевым цветом. Если он не светится оранжевым, возможно, трубка Teltron ослаблена; попробуй проверить соединение.

Теперь проверьте выход B+ (электроды), чтобы увидеть, формируется ли электронный пучок, повернув ручку источника питания из режима ожидания в положение «включено», следя за тем, чтобы напряжение не превышало 200 В, чтобы не сжечь нить накала.

Включите блок питания БК и пропустите через катушки Гельмгольца ток силой 0-5 А. Должен появиться круговой узор. Вы можете отрегулировать ток, чтобы изменить диаметр круга, и можете вращать лучевую трубку, чтобы создать спираль.

Объяснение:

Сила Лоренца описывает силу, действующую на заряд, движущийся через электромагнитное поле. Когда электрон движется через электрическое поле E и магнитное поле B с вектором скорости v , к электрону прилагается сила F , как показано на рисунке 3.

F = q( E + B × v )

Рисунок 3 – Пучок электронов, проходящий через магнитное поле, B , направленный за пределы страницы. Когда электроны проходят через точку x = 0, их траектория изгибается в направлении + y магнитным полем.

В этой демонстрации мы используем трубку Teltron, заполненную газообразным гелием низкой плотности. Трубка Teltron состоит из нити накала, расположенной в полом металлическом цилиндре или наперстке, который вырабатывает электроны, нагреваясь от нити. Электроны выбрасываются, в основном блокируясь металлической пластиной, однако небольшая щель позволяет проходить пучку электронов (см. рис. 4). Электроны будут двигаться прямолинейно, если нет внешнего магнитного поля.

Рисунок 4 – Трубка Teltron без магнитного поля. Рисунок 5 – Трубка Teltron с магнитным полем, направленным на страницу из-за катушек Гельмгольца.

Теперь включим катушки Гельмгольца. Когда пучок электронов движется через магнитное поле, создаваемое катушками Гельмгольца, они совершают круговое движение в направлении, перпендикулярном как направлению движения, так и магнитному полю. В этом случае внешнее электрическое поле отсутствует, уравнение силы Лоренца упрощается до перпендикулярны, поэтому величина силы упрощается до

F = qBv

 Поскольку направление движения электронов изменяется магнитным полем, сила Лоренца продолжает прикладывать силу в направлении, перпендикулярном скорости электрона и магнитному полю, создавая круговое движение, как показано на рисунок 5.

Примечания:

Пожалуйста, не оставляйте трубку Teltron включенной более чем на 30 секунд, так как она легко перегорает. Опять же, не допускайте, чтобы напряжение питания превышало 200 В.

Вот так:

Нравится Загрузка…

Перемещение электрического заряда в магнитном поле; Сила Лоренца

Рисунок 1

В этой демонстрации нить накала создает электронный пучок, который отклоняется небольшой пластиной. Две катушки Гельмгольца используются для создания магнитного поля, которое изгибает электронный пучок в виде спирали, управляемой силой Лоренца (рис.

1).

Материалы:

Рисунок 2

• Трубчатый аппарат Teltron с двумя катушками Гельмгольца (рисунок 2)
• Блок питания с максимальным напряжением 200 В и током до 25 мА
• BK Прецизионный источник питания
• Шесть банановых кабелей

Демонстрация:

Подключите прецизионный источник питания BK к катушкам Гельмгольца с помощью бананового кабеля. Подключите клемму B+ источника питания с максимальным напряжением 200 В к клемме трубки Teltron с маркировкой «электроды», обозначающей отклоняющую пластину. Подключите клемму 6,3 В источника питания с максимальным напряжением 200 В к клемме с маркировкой «нагреватель» с указанием нити накала (см. рис. 2)

Включить блок питания 200 В макс. в режим «дежурный»; это запустит обогреватель. Через одну минуту нить накала должна начать светиться оранжевым цветом. Если он не светится оранжевым, возможно, трубка Teltron ослаблена; попробуй проверить соединение.

Теперь проверьте выход B+ (электроды), чтобы увидеть, формируется ли электронный пучок, повернув ручку источника питания из режима ожидания в положение «включено», следя за тем, чтобы напряжение оставалось ниже 200 В, чтобы не сжечь нить накала.

Включите блок питания БК и пропустите через катушки Гельмгольца ток силой 0-5 А. Должен появиться круговой узор. Вы можете отрегулировать ток, чтобы изменить диаметр круга, и можете вращать лучевую трубку, чтобы создать спираль.

Объяснение:

Сила Лоренца описывает силу, действующую на заряд, движущийся через электромагнитное поле. Когда электрон движется через электрическое поле E и магнитное поле B с вектором скорости v , к электрону прилагается сила F , как показано на рисунке 3.

F = q( E + B × v )

Рисунок 3 – Пучок электронов, проходящий через магнитное поле, B , указывая на страницу. Когда электроны проходят через точку x = 0, их траектория изгибается в направлении + y магнитным полем.

В этой демонстрации мы используем трубку Teltron, заполненную газообразным гелием низкой плотности. Трубка Teltron состоит из нити накала, расположенной в полом металлическом цилиндре или наперстке, который вырабатывает электроны, нагреваясь от нити. Электроны выбрасываются, в основном блокируясь металлической пластиной, однако небольшая щель позволяет проходить пучку электронов (см. рис. 4). Электроны будут двигаться прямолинейно, если нет внешнего магнитного поля.

Рисунок 4. Трубка Teltron без магнитного поля.

Рисунок 5. Трубка Teltron с магнитным полем, направленным на страницу из-за катушек Гельмгольца.

Теперь включим катушки Гельмгольца. Когда пучок электронов движется через магнитное поле, создаваемое катушками Гельмгольца, они совершают круговое движение в направлении, перпендикулярном как направлению движения, так и магнитному полю. В этом случае внешнее электрическое поле отсутствует, уравнение силы Лоренца упрощается до

F = q(

B × v )

Кроме того, v и  B перпендикулярны, поэтому величина силы упрощается до 900 03

F = qBv

 Как направление движение электронов изменяется магнитным полем, сила Лоренца продолжает прикладывать силу в направлении, перпендикулярном скорости электрона и магнитному полю, создавая круговое движение, как показано на рисунке 5.