Jėga, veikianti iš išorės magnetinis laukas ant judančios elektriškai įkrautos dalelės.
čia q yra dalelių krūvis;
V – įkrovimo norma;
a – kampas tarp krūvio greičio vektoriaus ir magnetinės indukcijos vektoriaus.
Nustatyta Lorenco jėgos kryptis pagal kairiosios rankos taisyklę:
Jei padėsite kairę ranką taip, kad indukcijos vektoriaus dedamoji, statmena greičiui, patektų į delną, o keturi pirštai būtų išdėstyti teigiamo krūvio greičio kryptimi (arba prieš greičio kryptį). neigiamas krūvis), tada sulenktas nykštys parodys Lorenco jėgos kryptį:
. 
Kadangi Lorenco jėga visada yra statmena krūvio greičiui, ji neatlieka darbo (t. y. nekeičia krūvio greičio dydžio ir jo kinetinė energija).
Jeigu įkrauta dalelė juda lygiagrečiai magnetinio lauko jėgos linijoms, tai Fl = 0, o krūvis magnetiniame lauke juda tolygiai ir tiesia linija.
Jei įkrauta dalelė juda statmenai magnetinio lauko jėgos linijoms, tai Lorenco jėga yra įcentrinė:
ir kuria įcentrinis pagreitis lygus:
Šiuo atveju dalelė juda ratu.
. 
Pagal antrąjį Niutono dėsnį: Lorenco jėga yra lygi dalelės masės sandaugai iš įcentrinio pagreičio:
tada apskritimo spindulys yra:
ir krūvio apsisukimo magnetiniame lauke periodas:
Kadangi elektros srovė yra tvarkingas krūvių judėjimas, magnetinio lauko poveikis laidininkui su srove yra jo veikimo atskiriems judantiems krūviams rezultatas. Jei į magnetinį lauką įvesime laidininką su srove (96 pav., a), pamatysime, kad dėl magneto ir laidininko magnetinių laukų pridėjimo susidaręs magnetinis laukas padidės ant vieno. laidininko pusėje (aukščiau pateiktame brėžinyje) ir susilpninkite magnetinį lauką kitoje laidininko pusėje (brėžinyje žemiau). Dėl dviejų magnetinių laukų veikimo magnetinės linijos iškryps ir jos, bandydamos susitraukti, nustums laidininką žemyn (96 pav., b).
Jėgos, veikiančios laidininką, kurio srovė yra magnetiniame lauke, kryptį galima nustatyti pagal „kairiosios rankos taisyklę“. Jei kairioji ranka yra įdėta į magnetinį lauką taip, kad magnetinės linijos, sklindančios iš Šiaurės ašigalio, tarsi patenka į delną, o keturi ištiesti pirštai sutampa su srovės kryptimi laidininke, tada sulenktas rankos nykštys parodys. jėgos kryptis. Ampero jėga, veikianti laidininko ilgio elementą, priklauso nuo: magnetinės indukcijos B vertės, srovės laido I vertės, nuo laidininko ilgio elemento ir nuo kampo sinuso. a tarp laidininko ilgio elemento krypties ir magnetinio lauko krypties.
Šią priklausomybę galima išreikšti formule:
Tiesus baigtinio ilgio laidininkas, pastatytas statmenai vienodo magnetinio lauko krypčiai, laidininką veikianti jėga bus tokia:
Pagal paskutinę formulę nustatome magnetinės indukcijos matmenį.
Nuo jėgos matmens:
tai yra, indukcijos matmuo yra toks pat, koks buvo gautas iš Bioto ir Savardo dėsnio.
Tesla (magnetinės indukcijos vienetas)
Tesla, magnetinės indukcijos vienetas Tarptautinė vienetų sistema, lygus magnetinė indukcija, kuriame magnetinis srautas skerspjūvyje, kurio plotas yra 1 m 2 lygu 1 Weberis. Pavadintas N. Tesla. Legenda: rusiška tl, tarptautinis T. 1 tl = 104 rs(gauss).
Magnetinis momentas, magnetinis dipolio momentas Ar pagrindinis charakterizuojantis kiekis magnetines savybes medžiagų. Magnetinis momentas matuojamas A⋅m 2 arba J / T (SI), arba erg / G (CGS), 1 erg / G = 10 -3 J / T. Specifinis elementaraus magnetinio momento vienetas yra Boro magnetonas. Plokščios grandinės su elektros srove atveju magnetinis momentas apskaičiuojamas kaip
kur - srovės stipris kontūre yra kontūro plotas, yra kontūro plokštumos vienetinis normalus vektorius. Magnetinio momento kryptis dažniausiai randama pagal gimleto taisyklę: jei pasuksite kardaninio veleno rankeną srovės kryptimi, magnetinio momento kryptis sutaps su gimbalo transliacinio judėjimo kryptimi.
Savavališkai uždaros kilpos magnetinis momentas randamas iš:
,
kur yra spindulio vektorius, nubrėžtas nuo pradžios iki kontūro ilgio elemento
Bendruoju savavališko srovių pasiskirstymo terpėje atveju:
,
kur yra srovės tankis tūrio elemente.
Taigi, sukimo momentas veikia grandinę su srove magnetiniame lauke. Kontūras orientuojamas tam tikrame lauko taške tik vienu būdu. Laikykime teigiamą normaliosios krypties magnetinio lauko kryptį tam tikrame taške. Sukimo momentas yra tiesiogiai proporcingas srovės dydžiui aš, kontūro plotas S o kampo tarp magnetinio lauko krypties ir normaliosios sinuso.
čia M - sukimo momentas , arba galios momentas , - magnetinis momentas grandinė (panašiai - dipolio elektrinis momentas).
Nehomogeniškame lauke () formulė galioja, jei kontūro dydis yra pakankamai mažas(tada laukas gali būti laikomas maždaug vienodu kontūre). Vadinasi, grandinė su srove vis tiek linkusi suktis taip, kad jos magnetinis momentas būtų nukreiptas išilgai vektoriaus linijų.
Bet, be to, susidaranti jėga veikia grandinę (vienodo lauko atveju ir. Ši jėga veikia grandinę su srove arba nuolatinį magnetą su momentu ir traukia juos į stipresnio magnetinio lauko sritį .
Darbas judinant grandinę su srove magnetiniame lauke.
Nesunku įrodyti, kad grandinės judinimo su srove magnetiniame lauke darbas yra lygus 
, kur ir yra magnetiniai srautai per kontūro plotą galutinėje ir pradinėje padėtyse. Ši formulė galioja, jei kilpos srovė yra pastovi, t.y. judinant kontūrą į reiškinį neatsižvelgiama elektromagnetinė indukcija.
Formulė taip pat galioja dideliems kontūrams esant stipriai nevienalyčiame magnetiniame lauke (pateikiama aš = const).
Galiausiai, jei grandinė su srove ne išstumiama, o pakeičiamas magnetinis laukas, t.y. pakeisti magnetinį srautą per paviršių, kurį dengia kontūras, iš vertės į, tada tam reikia atlikti tą patį darbą 
... Šis darbas vadinamas magnetinio srauto, susieto su grandine, keitimo darbu. Magnetinės indukcijos vektoriaus srautas (magnetinis srautas) per platformą dS vadinamas skaliariniu fizinis kiekis kuri yra lygi
čia B n = Вcosα yra vektoriaus projekcija Vį normalios kryptį į vietą dS (α yra kampas tarp vektorių n ir V), d S= dS n Yra vektorius, kurio modulis yra dS, o jo kryptis sutampa su normalaus kryptimi nį svetainę. Vektorių srautas V gali būti teigiamas arba neigiamas, priklausomai nuo cosα ženklo (pateikiamas pasirenkant teigiamą normalaus kryptį n). Vektorių srautas V paprastai siejamas su grandine, kuria teka srovė. Šiuo atveju mes nurodėme teigiamą normaliojo kontūro kryptį: ji susieta su srove pagal dešiniojo varžto taisyklę. Tai reiškia, kad magnetinis srautas, kurį sukuria kontūras per paties ribojamą paviršių, visada yra teigiamas.
Magnetinės indukcijos vektoriaus Ф B srautas per savavališkai nurodytą paviršių S lygus
(2)
Vienodam laukui ir lygiam paviršiui, statmenam vektoriui V, B n = B = const ir
Pagal šią formulę nustatomas magnetinio srauto vienetas Weberis(Wb): 1 Wb - magnetinis srautas, einantis per plokščią 1 m 2 ploto paviršių, esantį statmenai vienodam magnetiniam laukui ir kurio indukcija yra 1 T (1 Wb = 1 T m2).
Gauso teorema laukui B: magnetinės indukcijos vektoriaus srautas per bet kurį uždarą paviršių yra lygus nuliui:
(3)
Ši teorema atspindi faktą, kad jokių magnetinių krūvių, dėl to magnetinės indukcijos linijos neturi nei pradžios, nei pabaigos ir yra uždarytos.
Todėl vektorių srautams V ir E skirtingos formulės gaunamos per uždarą paviršių sūkurio ir potencialo laukuose.
Kaip pavyzdį, suraskime vektoriaus srautą V per solenoidą. Vienodo lauko magnetinė indukcija solenoido viduje su šerdimi, kurios magnetinis pralaidumas μ yra lygi
Magnetinis srautas per vieną solenoido, kurio plotas S, apsisukimą yra lygus
ir bendras magnetinis srautas, kuris yra sujungtas su visais solenoido posūkiais ir vadinamas srauto jungtis,
ESĖ
tema "Fizika"
Tema: „Lorentzo pajėgų taikymas“
Baigė: T-10915 grupės mokinys Logunova M.V.
Mokytojas Vorontsovas B.S.
Kurganas 2016 m
Įvadas. 3
1. Naudojant Lorenco jėgą. 4
.. 4
1.2 Masių spektrometrija. 6
1,3 MHD generatorius. 7
1.4 Ciklotronas. 8
Išvada. vienuolika
Naudotos literatūros sąrašas .. 13
Įvadas
Lorenco jėga- jėga, kuria elektromagnetinis laukas, pagal klasikinę (nekvantinę) elektrodinamiką, veikia taškinio krūvio dalelę. Kartais Lorenco jėga vadinama jėga, veikiančia greitai judantį žmogų υ mokestis q tik iš magnetinio lauko pusės, dažnai visa jėga – iš šono elektromagnetinis laukas paprastai, kitaip tariant, iš elektros pusės E ir magnetinis B laukai.
Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) jis išreiškiamas taip:
F L = q υ B sin α
Jis pavadintas olandų fiziko Hendriko Lorenzo vardu, kuris 1892 m. išvedė šios jėgos išraišką. Prieš trejus metus prieš Lorenzą teisingą posakį rado O. Heaviside.
Makroskopinis Lorenco jėgos pasireiškimas yra Ampero jėga.
Naudojant Lorenco jėgą
Magnetinio lauko veikimas judančioms įkrautoms dalelėms yra labai plačiai naudojamas technikoje.
Pagrindinis Lorenco jėgos (tiksliau, konkretus atvejis – Ampero jėgos) pritaikymas yra elektros mašinos (elektros varikliai ir generatoriai). Lorenco jėga plačiai naudojama elektroniniuose prietaisuose, kad veiktų įkrautas daleles (elektronus ir kartais jonus), pavyzdžiui, televizijoje. katodinių spindulių vamzdžiai , v masių spektrometrija ir MHD generatoriai.
Taip pat šiuo metu kuriamose eksperimentinėse valdomos termobranduolinės reakcijos įgyvendinimo instaliacijose magnetinio lauko poveikis plazmai yra susukamas į laidą, kuris neliečia darbo kameros sienelių. Įkrautų dalelių judėjimas apskritime vienodame magnetiniame lauke ir tokio judėjimo laikotarpio nepriklausomybė nuo dalelių greičio naudojami cikliniuose įkrautų dalelių greitintuvuose - ciklotronai.
1. 1. Elektronų pluošto įtaisai
Elektronų pluošto įtaisai (EBD) – tai vakuuminių elektroninių prietaisų klasė, kuri naudoja elektronų srautą, koncentruotą vieno pluošto arba spindulių pluošto pavidalu, valdomo intensyvumo (srovės) ir padėties erdvėje bei sąveikauja su stacionarus įrenginio erdvinis taikinys (ekranas). Pagrindinė ELP taikymo sritis – optinės informacijos pavertimas elektriniais signalais ir atvirkštinis elektrinio signalo pavertimas optiniu – pavyzdžiui, į matomą televizijos vaizdą.
Į katodinių spindulių prietaisų klasę neįeina rentgeno lempos, fotoelementai, fotodaugintuvai, dujų išlydžio įtaisai (dekatronai) ir priimančios-stiprinančios elektroninės lempos (pluošto tetrodai, vakuuminiai indikatoriai, lempos su antrine emisija ir kt.) su pluoštu srovių forma.
Elektronų pluošto įtaisas susideda iš mažiausiai trijų pagrindinių dalių:
· Elektroninis prožektorius (pistoletas) formuoja elektronų pluoštą (arba spindulių pluoštą, pavyzdžiui, tris pluoštus spalvotame vaizdo vamzdyje) ir valdo jo intensyvumą (srovę);
· Nukreipimo sistema valdo spindulio erdvinę padėtį (jo nukrypimą nuo prožektoriaus ašies);
· Priimančiojo ELP taikinys (ekranas) paverčia pluošto energiją į matomo vaizdo šviesos srautą; perduodančio arba kaupiančio ELP taikinys kaupia erdvinio potencialo reljefą, nuskaitytą skenuojančio elektronų pluošto
| Ryžiai. 1 CRT įrenginys |
Bendrieji prietaiso veikimo principai.
CRT cilindre sukuriamas gilus vakuumas. Elektronų pluoštui sukurti naudojamas prietaisas, vadinamas elektronų pistoletu. Kaitinamojo siūlelio įkaitintas katodas skleidžia elektronus. Keičiant įtampą prie valdymo elektrodo (moduliatoriaus), galima keisti elektronų pluošto intensyvumą ir atitinkamai vaizdo ryškumą. Palikę ginklą, elektronai greitinami anodu. Tada spindulys praeina per nukreipimo sistemą, kuri gali pakeisti spindulio kryptį. Televizijos CRT magnetinio nukreipimo sistema naudojama dideliems nukreipimo kampams užtikrinti. Osciloskopuose CRT naudojama elektrostatinė nukreipimo sistema, skirta greitesniam atsako laikui. Elektronų pluoštas patenka į fosforu padengtą ekraną. Nuo elektronų bombardavimo fosforas šviečia ir greitai judanti kintamo ryškumo dėmė sukuria vaizdą ekrane.
1.2 Masių spektrometrija
| Ryžiai. 2 |
Lorenco jėgos veikimas taip pat naudojamas įrenginiuose, vadinamuose masės spektrografais, kurie skirti atskirti įkrautas daleles pagal specifinius jų krūvius.
Masių spektrometrija(masių spektroskopija, masių spektrografija, masių spektrinė analizė, masių spektrometrinė analizė) – medžiagos tyrimo metodas, pagrįstas jonų, susidarančių jonizuojant dominančius mėginio komponentus, santykio nustatymu. Vienas iš galingiausių kokybinio medžiagų identifikavimo metodų, leidžiantis ir kiekybiškai nustatyti. Galima sakyti, kad masių spektrometrija yra mėginio molekulių „svėrimas“.
Paprasčiausio masės spektrografo schema parodyta 2 paveiksle.
1 kameroje, iš kurios pašalinamas oras, yra jonų šaltinis 3. Kameroje yra tolygus magnetinis laukas, kurio kiekviename taške indukcija B⃗ B → yra statmena brėžinio plokštumai ir nukreipta į mus. (1 paveiksle šis laukas pažymėtas apskritimais). Tarp elektrodų A ir B veikia greitinanti įtampa, kurią veikiant iš šaltinio išbėgantys jonai pagreitėja ir tam tikru greičiu patenka į magnetinį lauką statmenai indukcijos linijoms. Judėdami magnetiniame lauke apskritimo lanku, jonai patenka ant 2 fotografinės plokštės, kuri leidžia nustatyti šio lanko spindulį R. Žinant magnetinio lauko B indukciją ir jonų greitį υ, pagal formulę
galima nustatyti specifinį jonų krūvį. Ir jei žinomas jono krūvis, galite apskaičiuoti jo masę.
Masių spektrometrijos istorija siekia esminius J. J. Thomsono eksperimentus XX amžiaus pradžioje. Metodo pavadinime esanti galūnė „-metrija“ atsirado po plačiai paplitusio perėjimo nuo įkrautų dalelių aptikimo naudojant fotoplokštes prie elektriniai matavimai jonines sroves.
Masių spektrometrija ypač plačiai naudojama analizuojant organinės medžiagos nes tai leidžia patikimai identifikuoti ir palyginti paprastas, ir sudėtingas molekules. Vienintelis bendras reikalavimas – kad molekulė būtų jonizuojama. Tačiau iki šiol jis buvo išrastas
yra tiek daug būdų, kaip jonizuoti mėginio komponentus, kad masės spektrometrija gali būti laikoma beveik viską apimančiu metodu.
1,3 MHD generatorius
Magnetohidrodinaminis generatorius, MHD generatorius – tai jėgainė, kurioje magnetiniame lauke judančios darbinės terpės (skystos arba dujinės elektrai laidžios terpės) energija tiesiogiai paverčiama elektros energija.
MHD generatoriaus, kaip ir įprasto mašininio generatoriaus, veikimo principas pagrįstas elektromagnetinės indukcijos reiškiniu, tai yra srovės atsiradimu laidininko kryžmėje. jėgos linijos magnetinis laukas. Priešingai nei mašinų generatoriuose, pats darbinis skystis yra MHD generatoriaus laidininkas.
Darbinis kūnas juda skersai magnetinio lauko, o veikiant magnetiniam laukui atsiranda priešingos krypties priešingų ženklų krūvininkų srautai.
Įkrautą dalelę veikia Lorenco jėga.
Šios terpės gali būti MHD generatoriaus darbinis skystis:
· Elektrolitai;
· Skysti metalai;
· Plazma (jonizuotos dujos).
Pirmieji MHD generatoriai naudojo laidžius skysčius (elektrolitus) kaip darbo terpę. Šiuo metu naudojama plazma, kurioje krūvininkai daugiausia yra laisvieji elektronai ir teigiami jonai. Veikiami magnetinio lauko, krūvininkai nukrypsta nuo trajektorijos, kuria dujos judėtų, jei lauko nebūtų. Tokiu atveju stipriame magnetiniame lauke gali atsirasti Holo laukas (žr. Holo efektą) – elektrinis laukas, susidaręs dėl įkrautų dalelių susidūrimų ir poslinkių magnetiniam laukui statmenoje plokštumoje.
1.4 Ciklotronas
Ciklotronas – rezonansinis ciklinis nereliatyvistinių sunkiųjų krūvių dalelių (protonų, jonų) greitintuvas, kuriame dalelės juda pastoviame ir vienodame magnetiniame lauke, o joms pagreitinti naudojamas pastovaus dažnio aukšto dažnio elektrinis laukas.
Ciklotrono įrenginio schema parodyta 3 pav. Sunkiai įkrautos dalelės (protonai, jonai) patenka į kamerą iš injektoriaus, esančio šalia kameros centro ir yra pagreitinamos kintamo fiksuoto dažnio lauko, taikomo greitinamiesiems elektrodams (jų yra du ir jie vadinami dees). Dalelės, kurių krūvis Ze ir masė m, juda pastoviame B stiprumo magnetiniame lauke, nukreiptame statmenai dalelių judėjimo plokštumai, išilgai išsivyniojančios spiralės. Dalelės, kurios greitis v, trajektorijos spindulys R nustatomas pagal formulę
kur γ = -1/2 yra reliatyvistinis koeficientas.
Nereliatyvios (γ ≈ 1) dalelės ciklotrone pastoviame ir vienodame magnetiniame lauke orbitos spindulys yra proporcingas greičiui (1) ir nereliatyvistinės dalelės sukimosi dažniui (ciklotrono dažnis nepriklauso nuo dalelės energijos
| E = mv 2/2 = (Ze) 2 B 2 R 2 / (2m) (3) |
Tarpe tarp dees daleles pagreitina impulsinis elektrinis laukas (tuščiavidurių metalinių dešų viduje elektrinio lauko nėra). Dėl to didėja orbitos energija ir spindulys. Kartojant pagreitį elektriniu lauku kiekvieno apsisukimo metu, orbitos energija ir spindulys yra maksimaliai padidinami priimtinos vertės... Šiuo atveju dalelės įgyja greitį v = ZeBR / m ir atitinkamą energiją:
Paskutiniame spiralės posūkyje įjungiamas nukreipiantis elektrinis laukas, kuris išveda spindulį į išorę. Dėl magnetinio lauko pastovumo ir greitėjančio lauko dažnio galimas nepertraukiamas pagreičio režimas. Kai kurios dalelės juda išoriniais spiralės posūkiais, kitos yra kelio viduryje, o kitos tik pradeda judėti.
Ciklotrono trūkumas yra iš esmės nereliatyvistinių dalelių energijų ribojimas, nes net ir nelabai didelės reliatyvistinės pataisos (γ nuokrypiai nuo vienybės) pažeidžia pagreičio sinchronizmą skirtingose kilpose ir dalelės, kurių energija žymiai padidinta, nebespėja atsidurti. tarpe tarp dees elektrinio lauko fazėje, reikalinga pagreičiui ... Įprastuose ciklotronuose protonai gali būti pagreitinti iki 20-25 MeV.
Sunkiosioms dalelėms pagreitinti spiraline spirale iki dešimtis kartų didesnės energijos (iki 1000 MeV), naudojama ciklotrono modifikacija, vadinama izochroninis(reliatyvistinis) ciklotronas, taip pat fasotronas. Izochroniniuose ciklotronuose reliatyvistinį poveikį kompensuoja radialinis magnetinio lauko padidėjimas.
Išvada
Paslėptas tekstas
Išvada raštu (paprasčiausia visiems pirmojo skyriaus poskyriams – veikimo principai, apibrėžimai)
Naudotos literatūros sąrašas
1. Vikipedija [Elektroninis išteklius]: Power of Lorentz. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Lorentz_Power
2. Vikipedija [Elektroninis išteklius]: Magnetohidrodinaminis generatorius. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Magnetohydrodynamic_generator
3. Vikipedija [Elektroninis išteklius]: Elektroninio pluošto įrenginiai. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Electron-beam_devices
4. Vikipedija [Elektroninis išteklius]: Masių spektrometrija. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Mass Spectrometry
5. Branduolinė fizika internete [Elektroninis išteklius]: Cyclotron. URL: http://nuclphys.sinp.msu.ru/experiment/accelerators/ciclotron.htm
6. Elektroninis fizikos vadovėlis [Elektroninis išteklius]: T. Lorenco jėgos taikymas // URL: http://www.physbook.ru/index.php/ T._Application of_Lorentz_force
7. Akademikas [Elektroninis išteklius]: Magnetohidrodinaminis generatorius // URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/
© 2015-2019 svetainė
Visos teisės priklauso jų autoriams. Ši svetainė nepretenduoja į autorystę, tačiau suteikia galimybę nemokamai naudotis.
Puslapio sukūrimo data: 2017-03-31
Ampero jėga veikiantis laidininko gabalą, kurio ilgis Δ l su srovės stiprumu aš magnetiniame lauke B,
Ampero jėgos išraišką galima parašyti taip:
Ši galia vadinama Lorentzo jėga ... Kampas α šioje išraiškoje lygus kampui tarp greičio ir magnetinės indukcijos vektorius Lorenco jėgos, veikiančios teigiamai įkrautą dalelę, kryptį, taip pat Ampero jėgos kryptį galima rasti iš kairės rankos taisyklė arba pagal gimlet taisyklė... Abipusis vektorių išdėstymas ir teigiamai įkrautos dalelės parodytas Fig. 1.18.1.
|
|
|
1.18.1 pav. Santykinė vektorių padėtis ir Lorenco jėgos modulis yra skaitine prasme lygi lygiagretainio, pastatyto ant vektorių ir padaugintam iš krūvio, plotui q |
Lorenco jėga nukreipta statmenai vektoriams ir
Kai įkrauta dalelė juda magnetiniame lauke, Lorenco jėga neveikia. Todėl dalelei judant greičio vektoriaus modulis nekinta.
Jei įkrauta dalelė juda vienodame magnetiniame lauke, veikiant Lorenco jėgai, o jos greitis yra vektoriui statmenoje plokštumoje, tada dalelė judės spindulio apskritimu.
Dalelės apsisukimo tolygiame magnetiniame lauke periodas yra
paskambino ciklotrono dažnis ... Ciklotrono dažnis nepriklauso nuo dalelės greičio (taigi, nuo kinetinės energijos). Ši aplinkybė naudojama ciklotronai - sunkiųjų dalelių (protonų, jonų) greitintuvai. Ciklotrono schema parodyta fig. 1.18.3.
Tarp stipraus elektromagneto polių yra vakuuminė kamera, kurioje yra du elektrodai tuščiavidurių metalinių puscilindrų pavidalu ( dees ). Dėkliams tiekiama kintamoji elektros įtampa, kurio dažnis lygus ciklotrono dažniui... Įkrautos dalelės įpurškiamos į vakuuminės kameros centrą. Daleles pagreitina elektrinis laukas tarp dees. Dees viduje dalelės, veikiamos Lorenco jėgos, juda puslankiais, kurių spindulys didėja didėjant dalelių energijai. Kiekvieną kartą, kai dalelė praskrenda pro tarpą tarp dees, ją pagreitina elektrinis laukas. Taigi, ciklotrone, kaip ir visuose kituose greitintuvuose, įkrautą dalelę pagreitina elektrinis laukas ir trajektorija išlaiko magnetinis laukas. Ciklotronai leidžia pagreitinti protonus iki maždaug 20 MeV energijos.
Homogeniniai magnetiniai laukai naudojami daugelyje prietaisų ir ypač masės spektrometrai - prietaisai, kuriais galite išmatuoti įkrautų dalelių - įvairių atomų jonų ar branduolių - mases. Atskyrimui naudojami masių spektrometrai izotopų, tai yra atomų branduoliai, turintys tą patį krūvį, bet skirtingos masės(pavyzdžiui, 20 Ne ir 22 Ne). Paprasčiausias masės spektrometras parodytas fig. 1.18.4. Iš šaltinio išskrenda jonai S, praeina per kelias mažas skylutes, kurios sudaro siaurą spindulį. Tada jie patenka į greičio parinkiklis kuriame juda dalelės kirto homogeninius elektrinius ir magnetinius laukus... Tarp plokščio kondensatoriaus plokščių sukuriamas elektrinis laukas, tarpe tarp elektromagneto polių sukuriamas magnetinis laukas. Pradinis įkrautų dalelių greitis nukreiptas statmenai vektoriams ir
Dalelę, judančią kryžminiuose elektriniuose ir magnetiniuose laukuose, veikia elektrinė jėga ir Lorenco magnetinė jėga... Su salyga E = υ Bšios jėgos tiksliai subalansuoja viena kitą. Jei ši sąlyga įvykdoma, dalelė judės tolygiai ir tiesia linija ir, praskridusi per kondensatorių, prasiskverbs per ekrano angą. Esant nurodytoms elektrinio ir magnetinio lauko vertėms, parinkiklis parinks daleles, judančias greičiu υ = E / B.
Tada dalelės vienodu greičiu patenka į masių spektrometro kamerą, kurioje sukuriamas tolygus magnetinis laukas.Kameroje dalelės juda plokštuma, statmena magnetiniam laukui, veikiant Lorenco jėgai. Dalelių trajektorijos yra spindulių apskritimai R = mυ / qB"... Trajektorijų spindulių matavimas esant žinomoms υ reikšmėms ir B" galite apibrėžti požiūrį q / m... Izotopų atveju ( q 1 = q 2) masės spektrometras leidžia atskirti skirtingos masės daleles.
Šiuolaikiniai masių spektrometrai leidžia išmatuoti įkrautų dalelių mases didesniu nei 10–4 tikslumu.
Jei dalelės greitis turi komponentą išilgai magnetinio lauko krypties, tada tokia dalelė judės vienodame magnetiniame lauke spirale. Šiuo atveju spiralės spindulys R priklauso nuo vektoriaus komponento υ ┴, statmeno magnetiniam laukui, modulio ir spiralės žingsnio p- iš išilginės dedamosios υ || modulio (1.18.5 pav.).
Taigi, įkrautos dalelės trajektorija vingiuoja tarsi magnetinės indukcijos linija. Šis reiškinys naudojamas technologijoje aukštos temperatūros plazmos magnetinė šilumos izoliacija, tai yra visiškai jonizuotos dujos, kurių temperatūra yra maždaug 10 6 K. Tokios būsenos medžiaga gaunama „Tokamak“ tipo įrenginiuose tiriant kontroliuojamas termobranduolines reakcijas. Plazma neturi liestis su kameros sienelėmis. Šilumos izoliacija pasiekiama sukuriant specialią magnetinio lauko konfigūraciją. Pavyzdžiui, pav. 1.18.6 rodo įkrautos dalelės trajektoriją magnetinis butelis(arba spąstai ).
Panašus reiškinys vyksta ir Žemės magnetiniame lauke, kuris yra visų gyvų būtybių apsauga nuo įkrautų dalelių srautų iš kosmoso. Greitai įkraunamas daleles iš kosmoso (daugiausia iš Saulės) „pagauna“ Žemės magnetinis laukas ir susidaro vadinamoji. radiacijos diržai (1.18.7 pav.), kurioje dalelės, kaip ir magnetiniuose spąstuose, juda pirmyn ir atgal spiralinėmis trajektorijomis tarp šiaurinio ir pietų magnetinių polių sekundės dalimis. Tik poliariniuose regionuose kai kurios dalelės prasiskverbia į viršutinius atmosferos sluoksnius, sukeldamos auroras. Žemės spinduliuotės juostos tęsiasi nuo maždaug 500 km iki dešimčių Žemės spindulių. Reikėtų prisiminti, kad Žemės pietinis magnetinis polius yra netoli geografinio šiaurinio ašigalio (Grenlandijos šiaurės vakaruose). Antžeminio magnetizmo prigimtis dar nebuvo ištirta.
Kontroliniai klausimai
1. Apibūdinkite Oersted ir Ampere eksperimentus.
2. Kas yra magnetinio lauko šaltinis?
3. Kokia Ampero hipotezė paaiškina nuolatinio magneto magnetinio lauko egzistavimą?
4. Kuo esminis skirtumas tarp magnetinio lauko ir elektrinio lauko?
5.Suformuluokite magnetinės indukcijos vektoriaus apibrėžimą.
6. Kodėl magnetinis laukas vadinamas sūkuriu?
7. Suformuluokite įstatymus:
A) Amperas;
B) Bio-Savar-Laplace.
8. Kokia yra tiesioginės srovės lauko magnetinės indukcijos vektoriaus absoliuti reikšmė?
9. Suformuluokite srovės stiprumo vieneto (ampero) apibrėžimą Tarptautinėje vienetų sistemoje.
10. Užrašykite reikšmę išreiškiančias formules:
A) magnetinės indukcijos vektoriaus modulis;
B) Ampero jėgos;
C) Lorenco jėgos;
D) dalelės apsisukimo vienodame magnetiniame lauke periodas;
D) apskritimo kreivumo spindulys, kai įelektrinta dalelė juda magnetiniame lauke;
Savikontrolės testas
Kas buvo pastebėta Oerstedo eksperimente?
1) Dviejų lygiagrečių laidininkų sąveika su srove.
2) Dviejų magnetinių strėlių sąveika
3) Pasukite magnetinę adatą arti laidininko, tuo pačiu per jį praleidžiant srovę.
4) Atsiradimas elektros srovė ritėje, kai į ją įkišamas magnetas.
Kaip sąveikauja du lygiagretūs laidininkai, jei srovės per juos teka ta pačia kryptimi?
Jus traukia;
Atstumtas;
Jėga ir jėgų momentas lygūs nuliui.
Jėga lygi nuliui, bet sukimo momentas nėra lygus nuliui.
Kokia formulė apibrėžia Ampero jėgos modulio išraišką?
Kokia formulė nustato Lorenco jėgos modulio išraišką?
B) 
V) 
G) 
0,6 N; 2) 1 H; 3) 1,4 N; 4) 2,4 N.
1) 0,5 T; 2) 1 T; 3) 2 T; 4) 0,8 T .
Elektronas, kurio greitis V, skrenda į magnetinį lauką, kurio indukcijos modulis B yra statmenas magnetinėms linijoms. Kuri išraiška atitinka elektrono orbitos spindulį?
Atsakymas: 1) 
2)
4)
8. Kaip pasikeis įkrautos dalelės apsisukimo laikotarpis ciklotrone, padidėjus jo greičiui 2 kartus? (V<< c).
1) Padidės 2 kartus; 2) Padidės 2 kartus;
3) Padidės 16 kartų; 4) Nepakeis.
9. Kokia formulė apibrėžia magnetinio lauko, sukurto apskritimo spindulio R apskritimo srovės centre, indukcijos modulį?
1)
2)
3)
4)
10. Srovė ritėje yra aš... Kuri iš formulių nustatoma pagal magnetinio lauko modulį ritės ilgio viduryje l su apsisukimų skaičiumi N?
1)
2)
3)
4)
Laboratorinis darbas Nr.
Žemės magnetinio lauko indukcijos horizontaliosios dedamosios nustatymas.
Trumpa teorija laboratoriniam darbui.
Magnetinis laukas yra materiali terpė, perduodanti vadinamąsias magnetines sąveikas. Magnetinis laukas yra viena iš elektromagnetinio lauko pasireiškimo formų.
Magnetinių laukų šaltiniai yra judantys elektros krūviai, laidininkai su srovėmis ir kintamaisiais elektriniais laukais. Generuojamas judančių krūvių (srovių), magnetinis laukas savo ruožtu veikia tik judančius krūvius (sroves), tačiau stacionariems krūviams įtakos neturi.
Pagrindinė magnetinio lauko charakteristika yra magnetinės indukcijos vektorius 
:
|
|
Magnetinės indukcijos vektoriaus modulis skaitine prasme lygus didžiausiai jėgai, veikiančiai iš magnetinio lauko pusės vienetinio ilgio laidininką, kuriuo teka vienetinės jėgos srovė. Vektorius 
sudaro dešinįjį trynuką su jėgos vektoriumi ir srovės kryptimi. Taigi magnetinė indukcija yra magnetinio lauko stiprumo charakteristika.
Magnetinės indukcijos SI vienetas yra Tesla (T).
Magnetinio lauko jėgos linijos vadinamos įsivaizduojamomis linijomis, kurių kiekviename taške liestinės sutampa su magnetinės indukcijos vektoriaus kryptimi. Magnetinės jėgos linijos visada yra uždaros, niekada nesikerta.
Ampero dėsnis lemia stiprų magnetinio lauko poveikį srovės laidininkui.
Jei magnetiniame lauke su indukcija 
dedamas laidininkas su srove, tada ant kiekvieno į srovę nukreipto elemento 
laidininkas, veikia Ampero jėga, nustatoma pagal santykį
|
|
.Ampero jėgos kryptis sutampa su vektorinės sandaugos kryptimi 
,
tie. ji yra statmena plokštumai, kurioje yra vektoriai 
ir 
(1 pav.).
Ryžiai. 1. Nustatyti Ampero jėgos kryptį
Jeigu 
statmenai 
,
tada Ampero jėgos kryptį galima nustatyti pagal kairės rankos taisyklę: keturis ištiestus pirštus nukreipti išilgai srovės, delną padėti statmenai jėgos linijoms, tada nykštys parodys Ampero jėgos kryptį. Ampero dėsnis yra magnetinės indukcijos apibrėžimo pagrindas, t.y. santykis (1) išplaukia iš (2) formulės, parašytos skaliare.
Lorenco jėga yra jėga, kuria elektromagnetinis laukas veikia įkrautą dalelę, judančią šiame lauke. Lorenco jėgos formulę pirmasis gavo G. Lorentzas, apibendrinus patirtį ir turi tokią formą:
|
|
.kur 
Ar jėga, veikianti įkrautą dalelę elektriniame lauke, kurios intensyvumas 
;
–
jėga, veikianti įkrautą dalelę magnetiniame lauke.
Lorenco jėgos magnetinio komponento formulę galima gauti iš Ampero dėsnio, atsižvelgiant į tai, kad srovė yra tvarkingas elektros krūvių judėjimas. Jei magnetinis laukas neveiktų judančių krūvių, jis neturėtų įtakos laidininkui su srove. Lorenco jėgos magnetinis komponentas nustatomas pagal išraišką:
|
|
.Ši jėga nukreipta statmenai plokštumai, kurioje yra greičio vektoriai 
ir magnetinė indukcija 
; jo kryptis sutampa su vektorinės sandaugos kryptimi 
dėl q
> 0 ir su kryptimi 
dėl q>0
(2 pav.). 
Ryžiai. 2. Nustatyti Lorenco jėgos magnetinio komponento kryptį
Jei vektorius 
statmenai vektoriui 
, tada Lorenco jėgos magnetinio komponento kryptį teigiamai įkrautoms dalelėms galima rasti pagal kairės rankos taisyklę, o neigiamo krūvio dalelėms pagal taisyklę dešinė ranka... Kadangi Lorenco jėgos magnetinis komponentas visada nukreiptas statmenai greičiui 
, tada jis neatlieka dalelės judinimo darbo. Ji gali pakeisti tik greičio kryptį 
,
sulenkti dalelės trajektoriją, t.y. vaidina įcentrinės jėgos vaidmenį.
Magnetiniams laukams apskaičiuoti naudojamas Bio-Savarto-Laplaso dėsnis (apibrėžimai 
), kurią sukuria srovės laidininkai.
Pagal Bio-Savart-Laplace dėsnį, kiekvienas laidininko elementas, nukreiptas į srovę 
neršia taške tolumoje 
iš šio elemento magnetinis laukas, kurio indukciją lemia santykis:
|
|
.kur 
H / m - magnetinė konstanta; µ
- terpės magnetinis pralaidumas.
Ryžiai. 3. Į Bio-Savart-Laplace dėsnį
Kryptis 
sutampa su kryžminio sandaugos kryptimi 
, t.y. 
yra statmena plokštumai, kurioje yra vektoriai 
ir 
... Tuo pačiu metu 
yra jėgos linijos liestinė, kurios kryptį galima nustatyti pagal gimbalo taisyklę: jei kardaninio antgalio transliacinis judėjimas nukreiptas išilgai srovės, tai rankenos sukimosi kryptis lems magnetinio lauko kryptį. linija (3 pav.).
Norėdami rasti viso laidininko sukurtą magnetinį lauką, turite taikyti laukų superpozicijos principą:
|
|
.Pavyzdžiui, apskaičiuokime magnetinę indukciją apskritimo srovės centre (4 pav.).
Ryžiai. 4. Į apskritimo srovės centro lauko apskaičiavimą
Apvaliajai srovei 
ir 
, todėl santykis (5) skaliarine forma turi tokią formą:
Suminės srovės dėsnis (magnetinės indukcijos cirkuliacijos teorema) yra kitas magnetinių laukų skaičiavimo dėsnis.
Bendras srovės dėsnis magnetiniam laukui vakuume yra toks:
|
|
.kur B l
–
projekcija 
vienam laidininko elementui 
nukreiptas palei srovę.
Magnetinės indukcijos vektoriaus cirkuliacija išilgai bet kurios uždaros grandinės yra lygi magnetinės konstantos sandaugai iš srovių, kurias apima ši kilpa, algebrinės sumos.
Magnetinio lauko Ostrogradskio-Gausso teorema yra tokia:
|
|
.kur B n
–
vektorinė projekcija 
į normalią 
į svetainę dS.
Magnetinės indukcijos vektoriaus srautas per savavališką uždarą paviršių yra lygus nuliui.
Magnetinio lauko prigimtis išplaukia iš (9), (10) formulių.
Elektrinio lauko potencialumo sąlyga yra intensyvumo vektoriaus cirkuliacijos lygybė nuliui 
.
Potencialų elektrinį lauką sukuria stacionarūs elektros krūviai; jėgų lauko linijos nėra uždaros, prasideda nuo teigiamų krūvių ir baigiasi neigiamais.
Iš (9) formulės matome, kad magnetiniame lauke magnetinės indukcijos vektoriaus cirkuliacija nėra lygi nuliui, todėl magnetinis laukas nėra potencialus.
Iš (10) santykio išplaukia, kad nėra magnetinių krūvių, galinčių sukurti potencialius magnetinius laukus. (Elektrostatikoje panaši teorema rūksta formoje 
.
Magnetinės jėgos linijos užsidaro pačios. Toks laukas vadinamas sūkuriu. Taigi magnetinis laukas yra sūkurinis laukas. Lauko linijų kryptis nustatoma pagal gimbalo taisyklę. Tiesiame begalinio ilgio laidininke su srove jėgos linijos yra koncentrinių apskritimų, gaubiančių laidininką, formą (3 pav.).
Kodėl istorija kai kuriuos mokslininkus prideda prie savo puslapių aukso raidėmis, o kai kuriuos ištrina be pėdsakų? Kiekvienas, kuris ateina į mokslą, privalo palikti jame savo pėdsaką. Istorija sprendžia pagal šio pėdsako dydį ir gylį. Taigi, Ampere'as ir Lorentzas įnešė neįkainojamą indėlį į fizikos vystymąsi, o tai leido ne tik vystytis mokslines teorijas, tačiau gavo didelę praktinę vertę. Kaip atsirado telegrafas? Kas yra elektromagnetai? Į visus šiuos klausimus bus atsakyta šios dienos pamokoje.
Mokslui įgytos žinios yra labai vertingos, kurios vėliau gali rastis savo. praktinis naudojimas... Nauji atradimai ne tik plečia tyrimų akiratį, bet ir kelia naujų klausimų bei problemų.
Pabrėžkime pagrindinį Ampero atradimai elektromagnetizmo srityje.
Pirma, tai laidininkų sąveika su srove. Du lygiagretūs laidininkai su srovėmis traukia vienas kitą, jei srovės juose nukreiptos kartu, ir atstumia, jei srovės juose nukreiptos priešingai (1 pav.).
Ryžiai. 1. Laidininkai su srove
Ampero dėsnis skaito:
Dviejų lygiagrečių laidininkų sąveikos jėga yra proporcinga laidininkų srovių sandaugai, proporcinga šių laidininkų ilgiui ir atvirkščiai proporcinga atstumui tarp jų.
Dviejų lygiagrečių laidininkų sąveikos jėga,
Srovių vertės laiduose,
- laidų ilgis,
Atstumas tarp laidininkų,
Magnetinė konstanta.
Šio dėsnio atradimas leido į matavimo vienetus įtraukti srovės stiprumo vertę, kurios iki tol nebuvo. Taigi, jei pereisime nuo srovės stiprumo apibrėžimo kaip krūvio, perduodamo per laidininko skerspjūvį per laiko vienetą, santykio, tada gausime iš esmės neišmatuojamą vertę, būtent per laidą perduodamo krūvio kiekį. laidininko skerspjūvis. Remiantis šiuo apibrėžimu, negalėsime įvesti srovės stiprumo matavimo vieneto. Ampero dėsnis leidžia nustatyti ryšį tarp laidininkų srovių dydžių ir dydžių, kuriuos galima išmatuoti empiriškai: mechaninės jėgos ir atstumo. Taigi galima įvesti srovės stiprumo vienetą - 1 A (1 amperas).
Vieno ampero srovė - tai srovė, kuriai esant du vienalyčiai lygiagretūs laidininkai, esantys vakuume vieno metro atstumu nuo kito, sąveikauja su Niutono jėga.
Srovių sąveikos dėsnis - du lygiagrečiai vakuume esantys laidininkai, kurių skersmenys yra daug mažesni už atstumus tarp jų, sąveikauja su jėga, tiesiogiai proporcinga šių laidininkų srovių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumui tarp jų.
Kitas Ampero atradimas yra magnetinio lauko veikimo laidininkui su srove dėsnis. Jis pirmiausia išreiškiamas magnetinio lauko veikimu ant ritės ar rėmo su srove. Taigi, jėgos momentas veikia kilpą su srove magnetiniame lauke, kuri linkusi šią kilpą išskleisti taip, kad jos plokštuma taptų statmena magnetinio lauko linijoms. Posūkio kampas yra tiesiogiai proporcingas srovei posūkyje. Jei išorinis magnetinis laukas kilpoje yra pastovus, tai magnetinės indukcijos modulio reikšmė taip pat yra pastovi. Kilpos plotas esant ne itin didelėms srovėms taip pat gali būti laikomas pastoviu, todėl tiesa, kad srovės stipris yra lygus jėgų, išskleidžiančių kilpą su srove momento sandaugai tam tikra pastovia verte pastoviomis sąlygomis .
- srovės stiprumas,
- jėgų, išskleidžiančių ritę su srove, momentas.
Vadinasi, srovės stiprumą galima išmatuoti pagal rėmo sukimosi kampo reikšmę, kuri realizuojama matavimo prietaise – ampermetre (2 pav.).
Ryžiai. 2. Ampermetras
Po to, kai atrado magnetinio lauko poveikį laidininkui su srove, Ampere'as suprato, kad šis atradimas gali būti panaudotas norint priversti laidininką judėti magnetiniame lauke. Taigi, magnetizmą galima paversti mechaniniu judėjimu – sukurti variklį. Vienas pirmųjų nuolatine srove pradėjo veikti elektros variklis (3 pav.), kurį 1834 metais sukūrė rusų elektros inžinierius B.S. Jacobi.
Ryžiai. 3. Variklis
Apsvarstykite supaprastintą variklio modelį, kurį sudaro fiksuota dalis su pritvirtintais magnetais - statorius. Statoriaus viduje iš laidžios medžiagos pagamintas rėmas, vadinamas rotoriumi, gali laisvai suktis. Kad elektros srovė tekėtų per rėmą, jis slankiojančiais kontaktais prijungiamas prie gnybtų (4 pav.). Jei prijungsite variklį prie nuolatinės srovės šaltinio grandinėje su voltmetru, tada, kai grandinė bus uždaryta, rėmas su srove pradės suktis.
Ryžiai. 4. Elektros variklio veikimo principas
1269 metais prancūzų gamtininkas Pierre'as de Maricourt parašė veikalą „Laiškas ant magneto“. Pagrindinis Pierre'o de Maricourt tikslas buvo sukurti amžinąjį judesį, kuriame jis ketino naudoti nuostabios savybės magnetai. Kiek sėkmingi buvo jo bandymai, nežinoma, tačiau neabejotina, kad Jacobi naudojo savo elektros variklį, kad varytų valtį, o jam pavyko pagreitinti iki 4,5 km/h greičio.
Būtina paminėti dar vieną įrenginį, kuris veikia Ampero dėsnių pagrindu. Ampere parodė, kad srovės ritė elgiasi taip nuolatinis magnetas... Tai reiškia, kad galite statyti elektromagnetas- prietaisas, kurio galia gali būti reguliuojama (5 pav.).
Ryžiai. 5. Elektromagnetas
Būtent Ampere'as sugalvojo, kad sujungus laidininkus ir magnetines strėles galima sukurti įrenginį, kuris perduoda informaciją per atstumą.
Ryžiai. 6. Elektrinis telegrafas
Telegrafo idėja (6 pav.) kilo per pirmuosius mėnesius po elektromagnetizmo atradimo.
Tačiau elektromagnetinis telegrafas paplito po to, kai Samuelis Morse'as sukūrė patogesnį aparatą ir, svarbiausia, sukūrė dvejetainę abėcėlę, susidedančią iš taškų ir brūkšnelių, vadinamą Morzės kodu.
Iš siunčiančio telegrafo aparato naudojant Morzės klavišą, kuris užsidaro elektros grandinė, ryšio linijoje generuojami trumpi arba ilgi elektriniai signalai, atitinkantys Morzės kodo taškus arba brūkšnelius. Priimančiame telegrafo aparate (rašymo įrenginyje) signalo (elektros srovės) pratekėjimo metu elektromagnetas pritraukia armatūrą, su kuria standžiai sujungtas rašomasis metalinis ratas arba rašiklis, kuris palieka rašalo žymę popieriuje. juosta (7 pav.).
Ryžiai. 7. Telegrafo schema
Matematikas Gaussas, susipažinęs su Ampere'o tyrimais, pasiūlė sukurti originalią patranką (8 pav.), veikiančią magnetinio lauko veikimo principu į geležinį rutulį – sviedinį.
Ryžiai. 8. Gauso patranka
Būtina atkreipti dėmesį į kurią istorinė era buvo padaryti šie atradimai. XIX amžiaus pirmoje pusėje Europa žengė didžiuliais žingsniais pramonės revoliucijos keliu – tai buvo palankus metas mokslinių tyrimų atradimams ir greitam jų įgyvendinimui praktikoje. Amperas neabejotinai reikšmingai prisidėjo prie šio proceso, suteikdamas civilizacijai elektromagnetus, elektros variklius ir telegrafą, kurie plačiai naudojami ir šiandien.
Pabrėžkime pagrindinius Lorentzo atradimus.
Lorencas nustatė, kad magnetinis laukas veikia joje judančią dalelę, priversdamas ją judėti apskritimo lanku:
Lorenco jėga yra įcentrinė jėga, statmena greičio krypčiai. Visų pirma, Lorentzo atrastas dėsnis leidžia nustatyti tokią svarbią charakteristiką kaip krūvio ir masės santykis - konkretus mokestis.
Specifinė krūvio vertė yra unikali kiekvienai įkrautai dalelei skirta vertė, leidžianti jas identifikuoti, nesvarbu, ar tai būtų elektronas, protonas ar bet kuri kita dalelė. Taigi mokslininkai gavo galingą tyrimo įrankį. Pavyzdžiui, Rutherfordas sugebėjo analizuoti radioaktyviąją spinduliuotę ir identifikavo jos komponentus, tarp kurių yra alfa dalelių – helio atomo branduolio – ir beta dalelių – elektronų.
Dvidešimtajame amžiuje atsirado greitintuvai, kurių darbas pagrįstas tuo, kad įkrautos dalelės pagreitinamos magnetiniame lauke. Magnetinis laukas lenkia dalelių trajektorijas (9 pav.). Pabudimo lenkimo kryptis leidžia spręsti apie dalelių krūvio ženklą; matuojant trajektorijos spindulį galima nustatyti dalelės greitį, jei žinoma jos masė ir krūvis.
Ryžiai. 9. Dalelių trajektorijos kreivumas magnetiniame lauke
Šiuo principu buvo sukurtas Didysis hadronų greitintuvas (10 pav.). Lorentzo atradimų dėka mokslas gavo iš esmės naują fizinių tyrimų įrankį, atveriantį kelią į elementariųjų dalelių pasaulį.
Ryžiai. 10. Didysis hadronų greitintuvas
Siekiant apibūdinti mokslininko įtaką technikos pažanga, atminkite, kad Lorenco jėgos išraiška reiškia galimybę apskaičiuoti dalelės, judančios pastoviame magnetiniame lauke, trajektorijos kreivės spindulį. Esant pastovioms išorinėms sąlygoms, šis spindulys priklauso nuo dalelės masės, greičio ir krūvio. Taigi mes gauname galimybę klasifikuoti įkrautas daleles pagal šiuos parametrus ir todėl galime analizuoti bet kokį mišinį. Jei dujinės būsenos medžiagų mišinys jonizuojamas, pagreitinamas ir nukreipiamas į magnetinį lauką, tada dalelės pradės judėti skirtingo spindulio apskritimų lankais - dalelės paliks lauką skirtinguose taškuose, o belieka tik nustatyti šiuos išėjimo taškus, kurie įgyvendinami naudojant ekraną, padengtą fosforu, kuris šviečia, kai į jį patenka įkrautos dalelės. Būtent pagal šią schemą masės analizatorius(11 pav.) . Masės analizatoriai plačiai naudojami fizikoje ir chemijoje mišinių sudėčiai analizuoti.
Ryžiai. 11. Masės analizatorius
Tai ne visi techniniai prietaisai, kurie veikia remiantis Ampere ir Lorenz raida ir atradimais, nes mokslo žinių anksčiau ar vėliau ji nustoja būti išskirtine mokslininkų nuosavybe ir tampa civilizacijos nuosavybe, o įsikūnija įvairiuose techniniuose įrenginiuose, kurie daro mūsų gyvenimą patogesnį.
Bibliografija
- Kasjanovas V.A., Fizika 11 klasė: Vadovėlis. bendrajam lavinimui. institucijose. - 4-asis leidimas, Stereotipas. - M .: Bustard, 2004 .-- 416s.: Ill., 8 p. spalva įskaitant
- Gendenshtein L.E., Dick Yu.I., Fizika 11. - M .: Mnemosyne.
- Tikhomirova S.A., Yarovsky B.M., Fizika 11. - M .: Mnemosina.
- Interneto portalas „Chip and Dip“ ().
- Interneto portalas „Kijevo miesto biblioteka“ ().
- Interneto portalas „Nuotolinio mokymo institutas“ ().
Namų darbai
1. Kasjanovas VA, Fizika 11 klasė: Vadovėlis. bendrajam lavinimui. institucijose. - 4-asis leidimas, Stereotipas. - M .: Bustard, 2004 .-- 416s.: Ill., 8 p. spalva įsk., str. 88, c. 1-5.
2. Vilsono kameroje, patalpintoje į vienodą magnetinį lauką, kurio indukcija yra 1,5 T, alfa dalelė, skriejanti statmenai indukcijos linijoms, palieka pėdsaką apskritimo, kurio spindulys, lanko pavidalu. 2,7 cm.. Nustatykite dalelės impulsą ir kinetinę energiją. Alfa dalelės masė yra 6,7 ∙ 10 -27 kg, o krūvis - 3,2 ∙ 10 -19 C.
3. Masių spektrografas. Jonų pluoštas, pagreitintas 4 kV potencialų skirtumu, skrenda į vienodą magnetinį lauką, kurio magnetinė indukcija yra 80 mT statmenai magnetinės indukcijos linijoms. Spindulį sudaro dviejų tipų jonai, kurių molekulinė masė yra 0,02 kg / mol ir 0,022 kg / mol. Visų jonų krūvis yra 1,6 ∙ 10 -19 C. Iš lauko jonai išskrenda dviem spinduliais (5 pav.). Raskite atstumą tarp skleidžiamų jonų pluoštų.
4. * Nuolatinės srovės variklio pagalba jie pakelia krovinį ant lyno. Jei atjungsite elektros variklį nuo įtampos šaltinio ir trumpai sujungsite rotorių, apkrova bus sumažinta nuo pastovus greitis... Paaiškinkite šį reiškinį. Kokią formą įgauna apkrovos potencinė energija?
Magnetinio lauko veikimas judančioms įkrautoms dalelėms yra labai plačiai naudojamas technikoje.
Pavyzdžiui, elektronų pluošto nukreipimas televizorių vaizdo vamzdeliuose atliekamas naudojant magnetinį lauką, kurį sukuria specialios ritės. Daugelis elektroninių prietaisų naudoja magnetinį lauką, kad sufokusuotų įkrautų dalelių pluoštus.
Šiuo metu sukurtose eksperimentinėse valdomos termobranduolinės reakcijos įgyvendinimo instaliacijose magnetinio lauko poveikis plazmai yra susukamas į laidą, kuris neliečia darbo kameros sienelių. Įkrautų dalelių judėjimas apskritime vienodame magnetiniame lauke ir tokio judėjimo laikotarpio nepriklausomybė nuo dalelių greičio naudojami cikliniuose įkrautų dalelių greitintuvuose - ciklotronai.
Lorenco jėgos veikimas taip pat naudojamas įrenginiuose, vadinamuose masės spektrografai, kurie skirti atskirti įkrautas daleles pagal specifinius jų krūvius.
Paprasčiausio masės spektrografo schema parodyta 1 pav.
1 kameroje, iš kurios pašalinamas oras, yra jonų šaltinis 3. Kameroje yra tolygus magnetinis laukas, kurio kiekviename taške indukcija \ (~ \ vec B \) yra statmena brėžinio plokštumai. ir yra nukreiptas į mus (1 paveiksle šis laukas pažymėtas apskritimais) ... Tarp A h B elektrodų veikia greitinanti įtampa, kurią veikiant iš šaltinio išbėgantys jonai pagreitėja ir tam tikru greičiu patenka į magnetinį lauką statmenai indukcijos linijoms. Judėdami magnetiniame lauke apskritimo lanku, jonai krenta ant 2 fotografinės plokštės, kuri leidžia nustatyti spindulį Rši lanka. Žinodami magnetinę indukciją V ir greitis υ jonų, pagal formulę
\ (~ \ frac q m = \ frac (v) (RB) \)
galima nustatyti specifinį jonų krūvį. Ir jei žinomas jono krūvis, galite apskaičiuoti jo masę.
Literatūra
Aksenovičius L.A. Fizika in vidurinė mokykla: teorija. Užduotys. Testai: Vadovėlis. pašalpa įstaigoms, teikiančioms obs. aplinkos, ugdymas / L. A. Aksenovičius, N. N. Rakina, K. S. Farino; Red. K. S. Farino. - Minskas: Adukatsya ir vyhavanne, 2004 .-- P. 328.
