Forța Lorentz are o valoare maximă la. Care este forța Lorentz, care sunt mărimea și direcția acestei forțe

Forța care acționează din lateral camp magnetic la o particulă încărcată electric în mișcare.

unde q este sarcina particulelor;

V - viteza de încărcare;

a este unghiul dintre vectorul viteză de încărcare și vectorul de inducție magnetică.

Este determinată direcția forței Lorentz regula mana stanga:

Dacă plasați mâna stângă în așa fel încât componenta vectorului de inducție perpendicular pe viteza să intre în palmă și patru degete sunt situate în direcția vitezei sarcinii pozitive (sau împotriva direcției vitezei sarcina negativa), apoi aplecat deget mare va indica direcția forței Lorentz:

Deoarece forța Lorentz este întotdeauna perpendiculară pe viteza sarcinii, nu funcționează (adică nu modifică valoarea vitezei de încărcare și a acesteia). energie kinetică).

Dacă o particulă încărcată se mișcă paralel cu liniile câmpului magnetic, atunci Fl \u003d 0, iar sarcina din câmpul magnetic se mișcă uniform și rectiliniu.

Dacă o particulă încărcată se mișcă perpendicular pe liniile câmpului magnetic, atunci forța Lorentz este centripetă:

și creează accelerație centripetă egal cu:

În acest caz, particula se mișcă într-un cerc.

Conform celei de-a doua legi a lui Newton: forța Lorentz este egală cu produsul dintre masa particulei și accelerația centripetă:

atunci raza cercului este:

și perioada de circulație a sarcinii într-un câmp magnetic:

Deoarece curentul electric este o mișcare ordonată a sarcinilor, acțiunea unui câmp magnetic asupra unui conductor purtător de curent este rezultatul acțiunii acestuia asupra sarcinilor individuale în mișcare. Dacă introducem un conductor purtător de curent într-un câmp magnetic (Fig. 96, a), atunci vom vedea că, ca urmare a adunării câmpurilor magnetice ale magnetului și conductorului, câmpul magnetic rezultat va crește pe unul. partea conductorului (în desenul de mai sus) și câmpul magnetic se va slăbi pe cealaltă parte a conductorului (în desenul de mai jos). Ca urmare a acțiunii a două câmpuri magnetice, liniile magnetice vor fi îndoite și, încercând să se contracte, vor împinge conductorul în jos (Fig. 96, b).

Direcția forței care acționează asupra unui conductor purtător de curent într-un câmp magnetic poate fi determinată de „regula mâinii stângi”. Dacă mâna stângă este plasată într-un câmp magnetic, astfel încât liniile magnetice care ies din polul nord, parcă, intră în palmă, iar cele patru degete întinse coincid cu direcția curentului din conductor, atunci degetul mare îndoit a mâinii va arăta direcția forței. Amperul care acționează asupra elementului de lungime a conductorului depinde: de mărimea inducției magnetice B, de mărimea curentului în conductorul I, de elementul de lungime a conductorului și de sinusul unghiului a dintre direcția elementului de lungime a conductorului și direcția câmpului magnetic.

Această dependență poate fi exprimată prin formula:

Pentru un conductor rectiliniu de lungime finită, plasat perpendicular pe direcția unui câmp magnetic uniform, forța care acționează asupra conductorului va fi egală cu:

Din ultima formulă, determinăm dimensiunea inducției magnetice.

Deoarece dimensiunea forței este:

adică dimensiunea inducției este aceeași cu cea obținută de noi din legea lui Biot și Savart.

Tesla (unitate de inducție magnetică)

Tesla, unitate de inducție magnetică Sistemul internațional de unități, egal inducție magnetică, la care fluxul magnetic printr-o secțiune transversală a ariei 1 m 2 este egal cu 1 weber. Numit după N. Tesla. Denumiri: rusă tl, internaţional T. 1 tl = 104 gs(gauss).

Cuplu magnetic, moment dipol magnetic- principala valoare caracterizatoare proprietăți magnetice substante. Momentul magnetic este măsurat în A⋅m 2 sau J / T (SI) sau erg / Gs (CGS), 1 erg / Gs \u003d 10 -3 J / T. Unitatea specifică a momentului magnetic elementar este magnetonul Bohr. În cazul unui circuit plat cu curent electric, momentul magnetic se calculează ca

Unde - puterea curentuluiîn contur, este aria conturului, este vectorul unitar al normalei la planul conturului. Direcția momentului magnetic se găsește de obicei conform regulii gimletului: dacă rotiți mânerul gimletului în direcția curentului, atunci direcția momentului magnetic va coincide cu direcția mișcării de translație a gimletului.

Pentru o buclă închisă arbitrară, momentul magnetic se găsește din:

unde este vectorul rază trasat de la origine la elementul de lungime a conturului

În cazul general al unei distribuții arbitrare a curenților în mediu:

unde este densitatea de curent în elementul de volum.

Deci, un cuplu acţionează asupra unui circuit cu un curent într-un câmp magnetic. Conturul este orientat într-un punct dat din câmp într-un singur mod. Să luăm direcția pozitivă a normalei ca direcție a câmpului magnetic într-un punct dat. Cuplul este direct proporțional cu curentul eu, zona de contur S iar sinusul unghiului dintre direcția câmpului magnetic și normala .

Aici M - cuplu , sau moment de putere , - moment magnetic contur (în mod similar - momentul electric al dipolului).

Într-un câmp neomogen (), formula este valabilă dacă dimensiunea conturului este suficient de mică(atunci câmpul poate fi considerat aproximativ omogen în cadrul conturului). În consecință, circuitul purtător de curent tinde încă să se întoarcă astfel încât momentul său magnetic să fie direcționat de-a lungul liniilor vectoriale.

Dar, în plus, forța rezultată acționează asupra circuitului (în cazul unui câmp uniform și. Această forță acționează asupra circuitului purtător de curent sau asupra unui magnet permanent cu un moment și îi atrage în regiunea unui câmp magnetic mai puternic. .
Lucrați la deplasarea unui circuit cu curent într-un câmp magnetic.

Este ușor de demonstrat că munca efectuată pentru deplasarea unui circuit cu curent într-un câmp magnetic este egală cu , unde și - fluxurile magnetice prin zona circuitului în pozițiile finală și inițială. Această formulă este valabilă dacă curentul din circuit este constant, adică la mutarea conturului fenomenul nu este luat în considerare inductie electromagnetica.

Formula este valabilă și pentru contururi mari într-un câmp magnetic foarte neomogen (în condiția I= const).

În cele din urmă, dacă circuitul purtător de curent nu este deplasat, dar câmpul magnetic este modificat, adică. modificați fluxul magnetic prin suprafața acoperită de contur, de la o valoare la apoi pentru aceasta trebuie să faceți aceeași muncă . Această muncă se numește munca de modificare a fluxului magnetic asociat circuitului. Fluxul vectorului de inducție magnetică (flux magnetic) prin aria dS se numește scalar cantitate fizica, care este egal cu

unde B n =Вcosα este proiecția vectorului ÎN pe direcția normalei la zona dS (α este unghiul dintre vectori nȘi ÎN), d S= dS n este un vector al cărui modul este egal cu dS, iar direcția lui coincide cu direcția normalei n la site. Fluxul vectorial ÎN poate fi atât pozitiv, cât și negativ, în funcție de semnul cosα (stabilit prin alegerea direcției pozitive a normalului n). Fluxul vectorial ÎN asociată de obicei cu un circuit prin care circulă curent. În acest caz, setăm direcția pozitivă a normalei la contur: este asociată cu curentul prin regula șurubului drept. Aceasta înseamnă că fluxul magnetic, care este creat de contur, prin suprafața limitată de sine, este întotdeauna pozitiv.

Fluxul vectorului de inducție magnetică Ф B printr-o suprafață dată arbitrară S este egal cu

(2)

Pentru un câmp uniform și o suprafață plană care este perpendiculară pe vector ÎN, B n =B=const și

Din această formulă se setează unitatea de flux magnetic weber(Wb): 1 Wb - flux magnetic care trece printr-o suprafață plană de 1 m 2, care este situată perpendicular pe un câmp magnetic uniform și a cărui inducție este de 1 T (1 Wb \u003d 1 Tl.m 2).

Teorema lui Gauss pentru câmpul B: fluxul vectorului de inducție magnetică prin orice suprafață închisă este zero:

(3)

Această teoremă reflectă faptul că fara sarcini magnetice, drept urmare liniile de inducție magnetică nu au nici început, nici sfârșit și sunt închise.

Prin urmare, pentru fluxurile vectoriale ÎNȘi E se obțin diferite formule printr-o suprafață închisă în vortex și câmpuri potențiale.

De exemplu, să găsim fluxul vectorului ÎN prin solenoid. Inducerea magnetică a unui câmp uniform în interiorul unui solenoid cu un miez cu permeabilitate magnetică μ este egală cu

Fluxul magnetic printr-o tură al unui solenoid cu aria S este egal cu

și fluxul magnetic total, care este legat de toate spirele solenoidului și se numește legătura de flux,

ABSTRACT

La subiectul "Fizica"
Subiect: „Aplicarea forței Lorentz”

Completat de: Student grupa T-10915Logunova M.V.

Profesorul Vorontsov B.S.

Kurgan 2016

Introducere. 3

1. Folosind forța Lorentz. 4

.. 4

1.2 Spectrometrie de masă. 6

1. 3 generator MHD. 7

1.4 Ciclotron. 8

Concluzie. unsprezece

Lista literaturii folosite.. 13

Introducere

forța Lorentz- forta cu care campul electromagnetic, conform electrodinamicii clasice (necuantice), actioneaza asupra unei particule incarcate punctiforme. Uneori, forța Lorentz se numește forța care acționează asupra unei mișcări cu o viteză υ încărca q numai din partea câmpului magnetic, adesea forța completă - din lateral câmp electromagneticîn general, cu alte cuvinte, din electric Eși magnetice B câmpuri.

În Sistemul Internațional de Unități (SI) se exprimă astfel:

F L = q υ B sinα

Este numit după fizicianul olandez Hendrik Lorenz, care a dezvoltat o expresie pentru această forță în 1892. Cu trei ani înainte de Lorentz, expresia corectă a fost găsită de O. Heaviside.

Manifestarea macroscopică a forței Lorentz este forța Ampère.

Folosind forța Lorentz

Acțiunea exercitată de un câmp magnetic asupra particulelor încărcate în mișcare este foarte utilizată în tehnologie.

Principala aplicație a forței Lorentz (mai precis, cazul său special - forța Ampère) sunt mașinile electrice (motoare electrice și generatoare). Forța Lorentz este utilizată pe scară largă în dispozitivele electronice pentru a acționa asupra particulelor încărcate (electroni și uneori ioni), de exemplu, în televiziune tuburi catodice , V spectrometrie de masaȘi generatoare MHD.

De asemenea, în instalațiile experimentale create în prezent pentru implementarea unei reacții termonucleare controlate, acțiunea unui câmp magnetic asupra plasmei este folosită pentru a o răsuci într-un cordon care nu atinge pereții camerei de lucru. Mișcarea particulelor încărcate într-un cerc într-un câmp magnetic uniform și independența perioadei unei astfel de mișcări față de viteza particulei sunt utilizate în acceleratoarele ciclice ale particulelor încărcate - ciclotroni.

1. 1. Dispozitive cu fascicul de electroni

Dispozitive cu fascicul de electroni (EBD) - o clasă de dispozitive electronice cu vid care utilizează un flux de electroni concentrat sub forma unui singur fascicul sau fascicul de fascicule, care sunt controlate atât de intensitate (curent), cât și de poziție în spațiu și interacționează cu o țintă spațială fixă (ecran) a dispozitivului. Scopul principal al ELP este conversia informațiilor optice în semnale electrice și conversia inversă a unui semnal electric într-unul optic, de exemplu, într-o imagine vizibilă de televiziune.

Clasa dispozitivelor cu raze catodice nu include tuburile cu raze X, fotocelulele, fotomultiplicatoarele, dispozitivele cu descărcare în gaz (dekatroni) și lămpile electronice receptoare-amplificatoare (tetrode cu fascicul, indicatoare electrice de vid, lămpi cu emisie secundară etc.) cu fascicul forma de curenti.

Un dispozitiv cu fascicul de electroni este format din cel puțin trei părți principale:

· Un proiector electronic (pistol) formează un fascicul de electroni (sau un fascicul de fascicule, de exemplu, trei fascicule într-un cinescop color) și controlează intensitatea acestuia (curent);

· Sistemul de deflectare controlează poziția spațială a fasciculului (abaterea acestuia de la axa reflectoarelor);

· Ținta (ecranul) ELP-ului receptor transformă energia fasciculului în fluxul luminos al imaginii vizibile; ținta ELP-ului de transmitere sau stocare acumulează un relief de potențial spațial citit de un fascicul de electroni de scanare

Orez. 1 dispozitiv CRT

Principiile generale ale dispozitivului.

Se creează un vid profund în rezervorul CRT. Pentru a crea un fascicul de electroni, se folosește un dispozitiv numit tun de electroni. Catodul încălzit de filament emite electroni. Prin schimbarea tensiunii de pe electrodul de control (modulator), puteți modifica intensitatea fasciculului de electroni și, în consecință, luminozitatea imaginii. După părăsirea pistolului, electronii sunt accelerați de anod. În continuare, fasciculul trece printr-un sistem de deviere, care poate schimba direcția fasciculului. În CRT-urile de televiziune, se folosește un sistem de deviere magnetic, deoarece oferă unghiuri de deviere mari. În CRT-urile osciloscopului, este utilizat un sistem de deviere electrostatică, deoarece oferă un răspuns mai rapid. Fasciculul de electroni lovește un ecran acoperit cu un fosfor. De la bombardamentul cu electroni, fosforul strălucește și un punct de mișcare rapidă de luminozitate variabilă creează o imagine pe ecran.

1.2 Spectrometrie de masă

Orez. 2

Acțiunea forței Lorentz este folosită și în dispozitivele numite spectrografe de masă, care sunt concepute pentru a separa particulele încărcate în funcție de sarcinile lor specifice.

Spectrometrie de masa(spectroscopie de masă, spectrografie de masă, analiză spectrală de masă, analiză spectrometrică de masă) - o metodă pentru studiul unei substanțe bazată pe determinarea raportului dintre masă și sarcină a ionilor formați prin ionizarea componentelor probei de interes. Una dintre cele mai puternice metode de identificare calitativă a substanțelor, care permite și determinarea cantitativă. Putem spune că spectrometria de masă este „cântărirea” moleculelor din probă.

Schema celui mai simplu spectrograf de masă este prezentată în Figura 2.

În camera 1, din care se evacuează aerul, se află o sursă de ioni 3. Camera este plasată într-un câmp magnetic uniform, în fiecare punct al căruia inducția B⃗ B → este perpendiculară pe planul desenului și îndreptată spre noi ( în Figura 1 acest câmp este indicat prin cercuri). Între electrozii A și B se aplică o tensiune de accelerație, sub acțiunea căreia ionii emiși de la sursă sunt accelerați și intră în câmpul magnetic cu o anumită viteză perpendiculară pe liniile de inducție. Deplasându-se într-un câmp magnetic de-a lungul unui arc de cerc, ionii cad pe placa fotografică 2, ceea ce face posibilă determinarea razei R a acestui arc. Cunoscând inducţia câmpului magnetic B şi viteza υ a ionilor, după formula

se poate determina sarcina specifică a ionilor. Și dacă încărcarea unui ion este cunoscută, masa acestuia poate fi calculată.

Istoria spectrometriei de masă începe cu experimentele fundamentale ale lui J. J. Thomson la începutul secolului al XX-lea. Terminația „-metria” din numele metodei a apărut după trecerea pe scară largă de la detectarea particulelor încărcate folosind plăci fotografice la măsurători electrice curenti ionici.

Spectrometria de masă își găsește o aplicație deosebit de largă în analiză materie organică, deoarece oferă o identificare fiabilă atât a moleculelor relativ simple, cât și a celor complexe. Singura cerință generală este ca molecula să fie ionizabilă. Cu toate acestea, până acum a fost

există atât de multe moduri de a ioniza componentele probei încât spectrometria de masă poate fi considerată o metodă aproape universală.

1. 3 generator MHD

Generator magnetohidrodinamic, generator MHD - o centrală electrică în care energia fluidului de lucru (mediu conductor electric lichid sau gazos) care se mișcă într-un câmp magnetic este transformată direct în energie electrică.

Principiul de funcționare al unui generator MHD, ca un generator de mașină convențional, se bazează pe fenomenul de inducție electromagnetică, adică pe apariția unui curent într-o traversare a conductorului. linii de forță camp magnetic. Spre deosebire de generatoarele de mașini, conductorul din generatorul MHD este fluidul de lucru în sine.

Corpul de lucru se deplasează prin câmpul magnetic și, sub acțiunea câmpului magnetic, apar fluxuri direcționate opus de purtători de sarcină cu semne opuse.

Forța Lorentz acționează asupra unei particule încărcate.

Următoarele medii pot servi drept corp de lucru al generatorului MHD:

· electroliți;

metale lichide;

plasma (gaz ionizat).

Primele generatoare MHD au folosit lichide conductoare electric (electroliți) ca fluid de lucru. În prezent, se utilizează plasmă, în care purtătorii de sarcină sunt în principal electroni liberi și ioni pozitivi. Sub influența unui câmp magnetic, purtătorii de sarcină deviază de la traiectoria pe care gazul s-ar deplasa în absența unui câmp. În acest caz, într-un câmp magnetic puternic, poate apărea un câmp Hall (vezi efectul Hall) - un câmp electric format ca urmare a ciocnirilor și deplasărilor particulelor încărcate într-un plan perpendicular pe câmpul magnetic.

1.4 Ciclotron

Un ciclotron este un accelerator ciclic rezonant de particule grele încărcate nerelativiste (protoni, ioni), în care particulele se mișcă într-un câmp magnetic constant și uniform, iar un câmp electric de înaltă frecvență de o frecvență constantă este folosit pentru a le accelera.

Schema dispozitivului ciclotron este prezentată în Fig.3. Particulele grele încărcate (protoni, ioni) intră în cameră de la un injector din apropierea centrului camerei și sunt accelerate de un câmp alternant de o frecvență fixă aplicat electrozilor de accelerare (sunt doi și se numesc dees). Particulele cu sarcina Ze și masa m se mișcă într-un câmp magnetic constant de putere B, direcționat perpendicular pe planul mișcării particulelor, de-a lungul unei spirale de desfășurare. Raza R a traiectoriei unei particule cu viteza v este determinată de formula

unde γ = -1/2 este factorul relativist.

Într-un ciclotron pentru o particulă nerelativista (γ ≈ 1) într-un câmp magnetic constant și uniform, raza orbitei este proporțională cu viteza (1), iar frecvența de rotație a unei particule nerelativiste (frecvența ciclotronului nu depinde de energia particulei

E = mv 2 /2 = (Ze) 2 B 2 R 2 /(2m) (3)

În decalajul dintre dee, particulele sunt accelerate de un câmp electric pulsat (nu există câmp electric în interiorul dee-urilor metalice goale). Ca urmare, energia și raza orbitei cresc. Repetând accelerația câmpului electric la fiecare rotație, energia și raza orbitei sunt aduse la maximum valori admise. În acest caz, particulele capătă viteza v = ZeBR/m și energia corespunzătoare acesteia:

La ultima rotire a helixului, un câmp electric de deviere este pornit, scoțând fasciculul. Constanța câmpului magnetic și frecvența câmpului de accelerare fac posibilă accelerația continuă. În timp ce unele particule se mișcă de-a lungul turelor exterioare ale spiralei, altele se află în mijlocul căii, iar altele abia încep să se miște.

Dezavantajul ciclotronului este limitarea prin energii ale particulelor esențial nerelativiste, deoarece chiar și corecțiile relativiste nu foarte mari (abateri ale lui γ de la unitate) încalcă sincronismul accelerației pe diferite ture și particulele cu energii semnificativ crescute nu mai au timp să fie in decalajul dintre dees in faza campului electric necesar accelerarii . În ciclotronii convenționali, protonii pot fi accelerați până la 20-25 MeV.

Pentru a accelera particulele grele în modul unei spirale de desfășurare la energii de zeci de ori mai mari (până la 1000 MeV), se folosește o modificare a ciclotronului, numită izocron ciclotron (relativist), precum și un fazotron. În ciclotronii izocroni, efectele relativiste sunt compensate de o creștere radială a câmpului magnetic.

Concluzie

Text ascuns

Concluzie scrisă (cea mai elementară pentru toate subparagrafele primei secțiuni - principii de funcționare, definiții)

Lista literaturii folosite

1. Wikipedia [Resursă electronică]: Forța Lorentz. Adresa URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Lorenz_force

2. Wikipedia [Resursă electronică]: Generator magnetohidrodinamic. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Magnetohydrodynamic_generator

3. Wikipedia [Resursă electronică]: Dispozitive cu fascicul de electroni. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Electron-beam_devices

4. Wikipedia [Resursă electronică]: Spectrometrie de masă. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Spectrometrie de masă

5. Fizica nucleara pe Internet [Resursa electronică]: Cyclotron. Adresa URL: http://nuclphys.sinp.msu.ru/experiment/accelerators/ciclotron.htm

6. Manual electronic de fizică [Resursa electronică]: T. Aplicații ale forței Lorentz // URL: http://www.physbook.ru/index.php/ T._Application_of_Lorentz_force

7. Academician [Resursă electronică]: Generator magnetohidrodinamic// URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/MAGNETOHYDRODYNAMIC

©2015-2019 site
Toate drepturile aparțin autorilor lor. Acest site nu pretinde autor, dar oferă o utilizare gratuită.
Data creării paginii: 31-03-2017

Puterea amplificatorului, acţionând asupra unui segment al conductorului de lungime Δ l cu curent eu situat într-un câmp magnetic B,

Expresia pentru forța Amperi poate fi scrisă astfel:

Această forță se numește forța Lorentz . Unghiul α în această expresie egal cu unghiulîntre viteză şi vector de inducție magnetică Direcția forței Lorentz care acționează asupra unei particule încărcate pozitiv, precum și direcția forței Ampère, pot fi găsite din regula mana stanga sau prin regula gimlet. Aranjamentul reciproc al vectorilor și pentru o particulă încărcată pozitiv este prezentat în fig. 1.18.1.

Figura 1.18.1.

Aranjamentul reciproc al vectorilor și modulul de forță Lorentz este numeric egal cu aria paralelogramului construit pe vectori și înmulțit cu sarcina q

Forța Lorentz este direcționată perpendicular pe vectorii și

Când o particulă încărcată se mișcă într-un câmp magnetic, forța Lorentz nu funcționează. Prin urmare, modulul vectorului viteză nu se modifică atunci când particula se mișcă.

Dacă o particulă încărcată se mișcă într-un câmp magnetic uniform sub acțiunea forței Lorentz, iar viteza ei se află într-un plan perpendicular pe vector, atunci particula se va deplasa de-a lungul unui cerc de rază.

Perioada de revoluție a unei particule într-un câmp magnetic uniform este

numit frecventa ciclotronului . Frecvența ciclotronului nu depinde de viteza (și, prin urmare, și de energia cinetică) a particulei. Acest fapt este folosit în ciclotroni – acceleratori ai particulelor grele (protoni, ioni). Schema schematică a ciclotronului este prezentată în fig. 1.18.3.

O cameră de vid este plasată între polii unui electromagnet puternic, în care există doi electrozi sub formă de semicilindri metalici goali ( dees ). O tensiune electrică alternativă este aplicată dees, a căror frecvenţă este egală cu frecvenţa ciclotronului. Particulele încărcate sunt injectate în centrul camerei cu vid. Particulele sunt accelerate de un câmp electric în golul dintre dee. În interiorul dees, particulele se deplasează sub acțiunea forței Lorentz de-a lungul semicercurilor, a căror rază crește pe măsură ce energia particulelor crește. De fiecare dată când o particulă trece prin golul dintre dee, ea este accelerată de câmpul electric. Astfel, într-un ciclotron, ca și în toate celelalte acceleratoare, o particulă încărcată este accelerată de un câmp electric și este menținută pe o traiectorie de un câmp magnetic. Ciclotronii fac posibilă accelerarea protonilor până la o energie de ordinul a 20 MeV.

Câmpurile magnetice uniforme sunt utilizate în multe dispozitive și, în special, în spectrometre de masă - aparate cu care puteți măsura masele particulelor încărcate - ioni sau nuclee ai diferiților atomi. Pentru separare se folosesc spectrometre de masă izotopi, adică nucleele atomilor cu aceeași sarcină, dar mase diferite(de exemplu, 20 Ne și 22 Ne). Cel mai simplu spectrometru de masă este prezentat în fig. 1.18.4. Ioni emiși de la sursă S, trec prin câteva orificii mici care formează un fascicul îngust. Apoi intră în selector de viteză , în care particulele se deplasează încrucișate câmpuri electrice și magnetice uniforme. Un câmp electric este creat între plăcile unui condensator plat, un câmp magnetic este creat în golul dintre polii unui electromagnet. Viteza inițială a particulelor încărcate este direcționată perpendicular pe vectorii și

O particulă care se mișcă în câmpuri electrice și magnetice încrucișate este supusă unei forțe electrice și Forța magnetică Lorentz. Dat fiind E = υ B aceste forțe se echilibrează exact unele pe altele. Dacă această condiție este îndeplinită, particula se va mișca uniform și în linie dreaptă și, după ce a zburat prin condensator, va trece prin gaura din ecran. Pentru valori date ale câmpurilor electrice și magnetice, selectorul va selecta particulele care se mișcă cu o viteză υ = E / B.

În continuare, particulele cu aceeași viteză intră în camera spectrometrului de masă, în care se creează un câmp magnetic uniform.Particulele se deplasează în cameră într-un plan perpendicular pe câmpul magnetic, sub acțiunea forței Lorentz. Traiectoriile particulelor sunt cercuri cu raze R = mυ / qB". Măsurând razele traiectoriilor pentru valorile cunoscute ale υ și B" relația poate fi definită q / m. În cazul izotopilor ( q 1 = q 2) un spectrometru de masă vă permite să separați particule cu mase diferite.

Spectrometrele de masă moderne fac posibilă măsurarea maselor particulelor încărcate cu o precizie mai bună de 10-4.

Dacă viteza unei particule are o componentă de-a lungul direcției câmpului magnetic, atunci o astfel de particulă se va mișca într-un câmp magnetic uniform într-o spirală. În acest caz, raza spiralei R depinde de modulul componentei υ ┴ a vectorului perpendicular pe câmpul magnetic și de pasul helixului p– pe modulul componentei longitudinale υ || (Fig. 1.18.5).

Astfel, traiectoria unei particule încărcate, așa cum ar fi, șerpuiește în jurul liniilor de inducție magnetică. Acest fenomen este folosit în tehnologie pentru izolarea termică magnetică a plasmei de înaltă temperatură, adică un gaz complet ionizat la o temperatură de aproximativ 10 6 K. O substanţă în această stare se obţine în instalaţiile de tip „Tokamak” la studierea reacţiilor termonucleare controlate. Plasma nu trebuie să intre în contact cu pereții camerei. Izolarea termică se realizează prin crearea unui câmp magnetic cu o configurație specială. De exemplu, în fig. 1.18.6 arată traiectoria unei particule încărcate în sticla magnetica(sau prins în capcană ).

Un fenomen similar are loc în câmpul magnetic al Pământului, care este o protecție pentru toate ființele vii împotriva fluxurilor de particule încărcate din spațiul cosmic. Particulele încărcate rapid din spațiu (în principal de la Soare) sunt „captate” de câmpul magnetic al Pământului și formează așa-numita curele de radiații (Fig. 1.18.7), în care particulele, ca în capcanele magnetice, se deplasează înainte și înapoi de-a lungul traiectoriilor spiralate între polii magnetici nord și sud în timpi de ordinul fracțiilor de secundă. Doar în regiunile polare unele dintre particule invadează atmosfera superioară, provocând aurore. Centurile de radiații ale Pământului se întind de la distanțe de ordinul a 500 km până la zeci de raze ale Pământului. Trebuie amintit că polul magnetic sudic al Pământului este situat în apropierea polului geografic nord (în nord-vestul Groenlandei). Natura magnetismului terestru nu a fost încă studiată.

Întrebări de control

1. Descrieți experimentele lui Oersted și Ampère.

2. Care este sursa câmpului magnetic?

3. Care este ipoteza lui Ampère care explică existența unui câmp magnetic al unui magnet permanent?

4. Care este diferența fundamentală dintre un câmp magnetic și unul electric?

5. Formulați definiția vectorului de inducție magnetică.

6. De ce se numește câmpul magnetic vortex?

7. Formulați legi:

A) Amperi;

B) Bio-Savart-Laplace.

8. Care este valoarea absolută a vectorului de inducție magnetică a câmpului de curent continuu?

9. Formulați definiția unității de putere a curentului (amperi) în Sistemul Internațional de Unități.

10. Notați formulele care exprimă valoarea:

A) modulul vectorului de inducție magnetică;

B) Forțele lui Ampere;

B) Forțele Lorentz;

D) perioada de revoluție a unei particule într-un câmp magnetic uniform;

E) raza de curbură a cercului, când o particulă încărcată se mișcă într-un câmp magnetic;

Test pentru autocontrol

Ce s-a observat în experimentul lui Oersted?

1) Interacțiunea a doi conductori paraleli cu curentul.

2) Interacțiunea a două ace magnetice

3) Rotirea acului magnetic în apropierea conductorului când trece curentul prin acesta.

4) Apariția curent electric in bobina pnri impingand un magnet in ea.

Cum interacționează doi conductori paraleli dacă curenții trec prin ei în aceeași direcție?

Sunt atrași;

respinge;

Forța și momentul forțelor sunt egale cu zero.

Forța este zero, dar cuplul nu este zero.

Ce formulă determină expresia pentru modulul de forță Ampere?

Ce formulă determină expresia pentru modulul forței Lorentz?

ÎN)

0,6 N; 2) 1 N; 3) 1,4 N; 4) 2,4 N.

1) 0,5 T; 2) 1 T; 3) 2 T; 4) 0,8 T .

Un electron cu viteza V zboară într-un câmp magnetic cu un modul de inducție B perpendicular pe liniile magnetice. Ce expresie corespunde razei orbitei electronului?

Raspunsul 1)
2)

4)

8. Cum se va schimba perioada de revoluție a unei particule încărcate într-un ciclotron odată cu creșterea vitezei sale de 2 ori? (V<< c).

1) va crește de 2 ori; 2) Va crește de 2 ori;

3) Creșteți de 16 ori; 4) Nu se va schimba.

9. Ce formulă determină modulul de inducție al unui câmp magnetic creat în centrul unui curent circular cu raza cercului R?

1)
2)
3)
4)

10. Curentul din bobină este eu. Care dintre formule determină modulul de inducție a câmpului magnetic în mijlocul unei bobine cu o lungime l cu numărul de spire N ?

1)
2)
3)
4)

Laboratorul nr.

Determinarea componentei orizontale a inducției câmpului magnetic al Pământului.

Scurtă teorie pentru munca de laborator.

Un câmp magnetic este un mediu material care transmite așa-numitele interacțiuni magnetice. Câmpul magnetic este una dintre manifestările câmpului electromagnetic.

Sursele câmpurilor magnetice sunt sarcinile electrice în mișcare, conductorii purtători de curent și câmpurile electrice alternative. Generat de sarcinile (curenți) în mișcare, câmpul magnetic, la rândul său, acționează numai asupra sarcinilor (curenților) în mișcare, în timp ce nu are efect asupra sarcinilor staționare.

Caracteristica principală a câmpului magnetic este vectorul de inducție magnetică :

Modulul vectorului de inducție magnetică este numeric egal cu forța maximă care acționează din partea câmpului magnetic asupra unui conductor de unitate de lungime, prin care circulă un curent de putere unitară. Vector formează un triplu drept cu vectorul forță și direcția curentului. Astfel, inducția magnetică este puterea caracteristică unui câmp magnetic.

Unitatea SI a inducției magnetice este Tesla (T).

Liniile de forță ale unui câmp magnetic se numesc drepte imaginare, în fiecare punct al cărora tangentele coincid cu direcția vectorului de inducție magnetică. Liniile de câmp magnetic sunt întotdeauna închise, nu se intersectează niciodată.

Legea lui Ampère determină acțiunea forței a unui câmp magnetic asupra unui conductor care poartă curent.

Dacă într-un câmp magnetic cu inducție a plasat un conductor de curent, apoi pe fiecare element dirijat de curent conductor, acționează forța Ampère, determinată de relația

Direcția forței Ampère coincide cu direcția produsului transversal
, acestea. este perpendicular pe planul în care se află vectorii Și (Fig. 1).

Orez. 1. Pentru a determina direcția forței Ampère

Dacă perpendicular , atunci direcția forței Ampere poate fi determinată de regula mâinii stângi: direcționați patru degete întinse de-a lungul curentului, plasați palma perpendicular pe liniile de forță, apoi degetul mare va arăta direcția forței Ampere. Legea lui Ampère stă la baza definiției inducției magnetice, i.e. relația (1) rezultă din formula (2) scrisă în formă scalară.

Forța Lorentz este forța cu care un câmp electromagnetic acționează asupra unei particule încărcate care se mișcă în acest câmp. Formula forței Lorentz a fost obținută pentru prima dată de G. Lorentz ca urmare a generalizării experienței și are forma:

Unde
este forța care acționează asupra unei particule încărcate într-un câmp electric cu intensitate ;
– forță care acționează asupra unei particule încărcate într-un câmp magnetic.

Formula pentru componenta magnetică a forței Lorentz poate fi obținută din legea lui Ampere, având în vedere că curentul este o mișcare ordonată a sarcinilor electrice. Dacă câmpul magnetic nu ar acționa asupra sarcinilor în mișcare, nu ar avea efect asupra unui conductor care poartă curent. Componenta magnetică a forței Lorentz este dată de:

Această forță este direcționată perpendicular pe planul în care se află vectorii viteză și inducerea câmpului magnetic ; direcția sa coincide cu direcția produsului vectorial
Pentru q > 0 și cu direcția
Pentru q>0 (Fig. 2).

Orez. 2. Să se determine direcția componentei magnetice a forței Lorentz

Dacă vectorul perpendicular pe vector , atunci direcția componentei magnetice a forței Lorentz pentru particulele încărcate pozitiv poate fi găsită prin regula mâinii stângi, iar pentru particulele încărcate negativ după regula mana dreapta. Deoarece componenta magnetică a forței Lorentz este întotdeauna direcționată perpendicular pe viteza , atunci nu efectuează lucru pentru a muta particulele. Poate schimba doar direcția vitezei , îndoiți traiectoria particulei, adică acţionează ca o forţă centripetă.

Legea Biot-Savart-Laplace este folosită pentru a calcula câmpurile magnetice (definiții ) creat de conductori cu curent.

Conform legii Biot-Savart-Laplace, fiecare element dirijat de curent al unui conductor creează într-un punct aflat la distanță din acest element, câmpul magnetic, a cărui inducție este determinată de relația:

Unde
H/m este constanta magnetică; µ este permeabilitatea magnetică a mediului.

Orez. 3. La legea Biot-Savart-Laplace

Direcţie
coincide cu direcția produsului vectorial
, adică
perpendicular pe planul în care se află vectorii Și . Simultan
este o tangentă la linia câmpului, a cărei direcție poate fi determinată de regula gimlet: dacă mișcarea de translație a vârfului gimletului este direcționată de-a lungul curentului, atunci direcția de rotație a mânerului va determina direcția linia câmpului magnetic (fig. 3).

Pentru a găsi câmpul magnetic creat de întregul conductor, trebuie să aplicați principiul suprapunerii câmpurilor:

De exemplu, să calculăm inducția magnetică în centrul curentului circular (Fig. 4).

Orez. 4. La calculul câmpului în centrul curentului circular

Pentru curent circular
Și
, deci relația (5) în formă scalară are forma:

Legea curentului complet (teorema circulației inducției magnetice) este o altă lege pentru calcularea câmpurilor magnetice.

Legea curentului total pentru un câmp magnetic în vid are forma:

Unde B l – proiecție pe elementul conductor dirijate de curent.

Circulația vectorului de inducție magnetică de-a lungul oricărui circuit închis este egală cu produsul constantei magnetice și suma algebrică a curenților acoperiți de acest circuit.

Teorema Ostrogradsky-Gauss pentru un câmp magnetic este următoarea:

Unde B n – proiecție vectorială la normal la site dS.

Fluxul vectorului de inducție magnetică printr-o suprafață închisă arbitrară este egal cu zero.

Natura câmpului magnetic rezultă din formulele (9), (10).

Condiția pentru potențialitatea câmpului electric este egalitatea cu zero a circulației vectorului de intensitate
.

Câmpul electric potențial este generat de sarcini electrice imobile; liniile de câmp nu sunt închise, ele încep pe sarcini pozitive și se termină pe cele negative.

Din formula (9) vedem că într-un câmp magnetic circulația vectorului de inducție magnetică este diferită de zero, prin urmare, câmpul magnetic nu este potențial.

Din relația (10) rezultă că nu există sarcini magnetice capabile să creeze câmpuri magnetice potențiale. (În electrostatică, o teoremă similară mocnește de forma
.

Liniile magnetice de forță se apropie de ele însele. Un astfel de câmp se numește câmp vortex. Astfel, câmpul magnetic este un câmp vortex. Direcția liniilor de câmp este determinată de regula gimlet. Într-un conductor rectiliniu infinit lung cu curent, liniile de forță au forma unor cercuri concentrice care acoperă conductorul (Fig. 3).

De ce istoria adaugă pe paginile sale unii oameni de știință cu litere aurii, în timp ce alții sunt șterse fără urmă? Oricine vine la știință este obligat să-și lase amprenta în ea. Istoria judecă după mărimea și profunzimea acestei urme. Astfel, Ampere și Lorentz au adus o contribuție neprețuită la dezvoltarea fizicii, ceea ce a făcut posibilă nu numai dezvoltarea teorii științifice, dar a căpătat o valoare practică semnificativă. Cum a apărut telegraful? Ce sunt electromagneții? Toate aceste întrebări vor primi răspuns la lecția de astăzi.

Pentru știință, cunoștințele dobândite sunt de mare valoare, care mai târziu își pot găsi propriile sale uz practic. Noile descoperiri nu numai că extind orizonturile cercetării, dar ridică și noi întrebări și probleme.

Să evidențiem principalul Descoperirile lui Ampere în domeniul electromagnetismului.

În primul rând, este interacțiunea conductorilor cu curentul. Doi conductori paraleli cu curenți sunt atrași unul de celălalt dacă curenții din ei sunt co-direcționați și se resping dacă curenții din ei sunt direcționați opus (Fig. 1).

Orez. 1. Conductoare cu curent

legea lui Ampère citeste:

Forța de interacțiune dintre doi conductori paraleli este proporțională cu produsul curenților din conductori, proporțională cu lungimea acestor conductori și invers proporțională cu distanța dintre ele.

Forța de interacțiune a doi conductori paraleli,

Mărimea curenților din conductori,

− lungimea conductorilor,

Distanța dintre conductori,

Constanta magnetica.

Descoperirea acestei legi a făcut posibilă introducerea în unitățile de măsură a mărimii puterii curentului, care nu a existat până în acel moment. Deci, dacă pornim de la definiția puterii curentului ca raport al cantității de sarcină transferată prin secțiunea transversală a conductorului pe unitatea de timp, atunci vom obține o valoare fundamental nemăsurabilă, și anume cantitatea de sarcină transferată prin secțiunea transversală. a conductorului. Pe baza acestei definiții, nu vom putea introduce o unitate de putere curentă. Legea lui Ampère vă permite să stabiliți o relație între mărimile intensităților de curent în conductori și mărimile care pot fi măsurate empiric: forță mecanică și distanță. Astfel, a fost posibilă introducerea în considerare a unității de putere a curentului - 1 A (1 amper).

Un curent de amper - acesta este un astfel de curent la care doi conductori paraleli omogene situati in vid la o distanta de un metru unul de celalalt interactioneaza cu forta lui Newton.

Legea interacțiunii curenților - doi conductori paraleli în vid, ale căror diametre sunt mult mai mici decât distanțele dintre ele, interacționează cu o forță direct proporțională cu produsul curenților din acești conductori și invers proporțională cu distanța dintre ele.

O altă descoperire a lui Ampère este legea acțiunii unui câmp magnetic asupra unui conductor care poartă curent. Se exprimă în primul rând în acțiunea unui câmp magnetic asupra unei bobine sau bucle cu curent. Deci, o bobină purtătoare de curent într-un câmp magnetic este afectată de un moment de forță care tinde să rotească această bobină în așa fel încât planul ei să devină perpendicular pe liniile câmpului magnetic. Unghiul de rotație al bobinei este direct proporțional cu mărimea curentului din bobină. Dacă câmpul magnetic extern din bobină este constant, atunci valoarea modulului de inducție magnetică este, de asemenea, o valoare constantă. Aria bobinei la curenți nu foarte mari poate fi considerată constantă, prin urmare, este adevărat că puterea curentului este egală cu produsul momentului forțelor care rotesc bobina cu curent cu o valoare constantă în condiții neschimbate. .

- puterea curentului,

- momentul fortelor care rotesc bobina cu curentul.

În consecință, devine posibilă măsurarea puterii curentului prin unghiul de rotație al cadrului, care este implementat în dispozitivul de măsurare - un ampermetru (Fig. 2).

Orez. 2. Ampermetru

După ce a descoperit acțiunea unui câmp magnetic asupra unui conductor care poartă curent, Ampère și-a dat seama că această descoperire ar putea fi folosită pentru a face un conductor să se miște într-un câmp magnetic. Deci, magnetismul poate fi transformat în mișcare mecanică - pentru a crea un motor. Unul dintre primii care a funcționat pe curent continuu a fost un motor electric (Fig. 3), creat în 1834 de inginerul electric rus B.S. Jacobi.

Orez. 3. Motor

Luați în considerare un model simplificat al motorului, care constă dintr-o parte fixă cu magneți atașați la ea - statorul. În interiorul statorului, un cadru din material conductor, numit rotor, se poate roti liber. Pentru ca un curent electric să circule prin cadru, acesta este conectat la bornele folosind contacte glisante (Fig. 4). Dacă conectați motorul la o sursă de curent continuu într-un circuit cu un voltmetru, atunci când circuitul este închis, cadrul cu curent va începe să se rotească.

Orez. 4. Principiul de funcționare a motorului electric

În 1269, naturalistul francez Pierre de Maricourt a scris o lucrare intitulată „Scrisoarea pe magnet”. Scopul principal al lui Pierre de Maricourt era să creeze o mașină cu mișcare perpetuă, pe care urma să o folosească proprietăți uimitoare magneți. Nu se știe cât de reușite au fost încercările sale, dar cert este că Jacobi și-a folosit motorul electric pentru a propulsa barca, în timp ce a reușit să o disperseze la o viteză de 4,5 km/h.

Este necesar să menționăm încă un dispozitiv care funcționează pe baza legilor lui Ampère. Ampere a arătat că o bobină purtătoare de curent se comportă ca magnet permanent. Aceasta înseamnă că este posibil să se construiască electromagnet- un dispozitiv a cărui putere poate fi reglată (Fig. 5).

Orez. 5. Electromagnet

Ampere a fost cel care a venit cu ideea că, combinând conductori și ace magnetice, poți crea un dispozitiv care transmite informații la distanță.

Orez. 6. Telegraf electric

Ideea telegrafului (Fig. 6) a apărut chiar în primele luni după descoperirea electromagnetismului.

Cu toate acestea, telegraful electromagnetic a devenit larg răspândit după ce Samuel Morse a creat un aparat mai convenabil și, cel mai important, a dezvoltat un alfabet binar format din puncte și liniuțe, care se numește cod Morse.

De la aparatul telegrafic de transmisie folosind „cheia Morse”, care se închide circuit electric, în linia de comunicație se formează semnale electrice scurte sau lungi, corespunzătoare punctelor sau liniuțelor codului Morse. Pe aparatul telegrafic de recepție (instrument de scris), pe durata trecerii semnalului (curent electric), electromagnetul atrage armătura, cu care este conectată rigid roata metalică de scris sau scribul, care lasă o urmă de cerneală pe banda de hârtie ( Fig. 7).

Orez. 7. Schema telegrafului

Matematicianul Gauss, când s-a familiarizat cu cercetările lui Ampere, a propus să creeze un pistol original (Fig. 8), lucrând pe principiul acțiunii unui câmp magnetic pe o minge de fier - un proiectil.

Orez. 8. Pistolul Gauss

Trebuie acordată atenție căruia epoca istorica au fost făcute aceste descoperiri. În prima jumătate a secolului al XIX-lea, Europa a făcut salturi și granițe pe calea revoluției industriale - a fost o perioadă fertilă pentru descoperirile cercetării și implementarea lor rapidă în practică. Ampère a adus, fără îndoială, o contribuție semnificativă la acest proces, dând civilizației electromagneți, motoare electrice și telegraf, care sunt încă utilizate pe scară largă.

Să evidențiem principalele descoperiri ale lui Lorentz.

Lorentz a descoperit că un câmp magnetic acționează asupra unei particule care se mișcă în ea, forțând-o să se miște de-a lungul unui arc de cerc:

Forța Lorentz este o forță centripetă perpendiculară pe direcția vitezei. În primul rând, legea descoperită de Lorentz face posibilă determinarea unei caracteristici atât de importante precum raportul dintre sarcină și masă - taxa specifică.

Valoarea sarcinii specifice este o valoare unică pentru fiecare particulă încărcată, ceea ce le permite să fie identificate, fie că este vorba despre un electron, un proton sau orice altă particulă. Astfel, oamenii de știință au primit un instrument puternic pentru cercetare. De exemplu, Rutherford a reușit să analizeze radiațiile radioactive și a identificat componentele acesteia, printre care se numără particulele alfa - nucleele atomului de heliu - și particulele beta - electronii.

În secolul al XX-lea, au apărut acceleratoarele, a căror activitate se bazează pe faptul că particulele încărcate sunt accelerate într-un câmp magnetic. Câmpul magnetic îndoaie traiectoriile particulelor (Fig. 9). Direcția de îndoire a urmei face posibilă aprecierea semnului încărcăturii particulei; prin măsurarea razei traiectoriei, se poate determina viteza unei particule dacă masa și sarcina acesteia sunt cunoscute.

Orez. 9. Curbura traiectoriei particulelor într-un câmp magnetic

Large Hadron Collider a fost dezvoltat pe acest principiu (Fig. 10). Datorită descoperirilor lui Lorentz, știința a primit un instrument fundamental nou pentru cercetarea fizică, deschizând calea către lumea particulelor elementare.

Orez. 10. Ciocnitorul mare de hadroni

Pentru a caracteriza influenţa omului de ştiinţă asupra progres tehnic, amintim că din expresia forței Lorentz se poate calcula raza de curbură a traiectoriei unei particule care se mișcă într-un câmp magnetic constant. În condiții externe constante, această rază depinde de masa particulei, viteza și sarcina acesteia. Astfel, avem posibilitatea de a clasifica particulele încărcate în funcție de acești parametri și, prin urmare, putem analiza orice amestec. Dacă un amestec de substanțe în stare gazoasă este ionizat, dispersat și direcționat într-un câmp magnetic, atunci particulele vor începe să se miște de-a lungul arcurilor de cerc cu raze diferite - particulele vor părăsi câmpul în puncte diferite și rămâne doar să remediați aceste puncte de plecare, care este implementat folosind un ecran acoperit cu un fosfor, care strălucește atunci când particulele încărcate îl lovesc. Exact așa funcționează analizor de masă(Fig. 11) . Analizoarele de masă sunt utilizate pe scară largă în fizică și chimie pentru a analiza compoziția amestecurilor.

Orez. 11. Analizor de masă

Acestea nu sunt toate dispozitivele tehnice care funcționează pe baza dezvoltărilor și descoperirilor lui Ampere și Lorenz, deoarece cunoștințe științifice mai devreme sau mai târziu încetează să fie proprietatea exclusivă a oamenilor de știință și devine proprietatea civilizației, în timp ce este întruchipată în diverse dispozitive tehnice care ne fac viața mai confortabilă.

Bibliografie

Kasyanov V.A., Fizica clasa a XI-a: Manual. pentru învăţământul general instituţiilor. - Ed. a IV-a, stereotip. - M.: Butarda, 2004. - 416 p.: ill., 8 p. col. incl.
Gendenstein L.E., Dick Yu.I., Fizica 11. - M .: Mnemosyne.
Tikhomirova S.A., Yarovsky B.M., Fizica 11. - M.: Mnemosyne.

Portalul de internet „Chip and Dip” ().
Portalul de internet „Biblioteca orașului Kiev” ().
Portalul de internet „Institutul de Învățământ la Distanță” ().

Teme pentru acasă

1. Kasyanov V.A., Fizica clasa a XI-a: Manual. pentru învăţământul general instituţiilor. - Ed. a IV-a, stereotip. - M.: Butarda, 2004. - 416 p.: ill., 8 p. col. inclusiv, art. 88, c. 1-5.

2. Într-o cameră cu nori, care este plasată într-un câmp magnetic uniform cu o inducție de 1,5 T, o particulă alfa, care zboară perpendicular pe liniile de inducție, lasă o urmă sub forma unui arc de cerc cu o rază. de 2,7 cm.Determină impulsul și energia cinetică a particulei. Masa particulei alfa este de 6,7∙10 -27 kg, iar sarcina este de 3,2∙10 -19 C.

3. Spectrograf de masă. Un fascicul de ioni accelerat de o diferență de potențial de 4 kV zboară într-un câmp magnetic uniform cu o inducție magnetică de 80 mT perpendiculară pe liniile de inducție magnetică. Fasciculul este format din două tipuri de ioni cu greutăți moleculare de 0,02 kg/mol și 0,022 kg/mol. Toți ionii au o sarcină de 1,6 ∙ 10 -19 C. Ionii zboară din câmp în două fascicule (Fig. 5). Găsiți distanța dintre fasciculele de ioni care sunt emise.

4. * Folosind un motor de curent continuu, ridicați sarcina de pe cablu. Dacă motorul electric este deconectat de la sursa de tensiune și rotorul este scurtcircuitat, sarcina va scădea de la viteza constanta. Explicați acest fenomen. Ce formă ia energia potențială a sarcinii?

Acțiunea exercitată de un câmp magnetic asupra particulelor încărcate în mișcare este foarte utilizată în tehnologie.

De exemplu, deviația unui fascicul de electroni în cinescoapele TV se realizează folosind un câmp magnetic, care este creat de bobine speciale. Într-un număr de dispozitive electronice, un câmp magnetic este utilizat pentru a focaliza fasciculele de particule încărcate.

În instalațiile experimentale create în prezent pentru implementarea unei reacții termonucleare controlate, acțiunea unui câmp magnetic asupra plasmei este folosită pentru a o răsuci într-un cordon care nu atinge pereții camerei de lucru. Mișcarea particulelor încărcate într-un cerc într-un câmp magnetic uniform și independența perioadei unei astfel de mișcări față de viteza particulei sunt utilizate în acceleratoarele ciclice ale particulelor încărcate - ciclotroni.

Acțiunea forței Lorentz este folosită și în dispozitivele numite spectrografe de masă, care sunt concepute pentru a separa particulele încărcate în funcție de sarcinile lor specifice.

Schema celui mai simplu spectrograf de masă este prezentată în Figura 1.

În camera 1, din care se evacuează aerul, există o sursă de ioni 3. Camera este plasată într-un câmp magnetic uniform, în fiecare punct al căruia inducția \(~\vec B\) este perpendiculară pe planul desen și îndreptat către noi (în Figura 1 acest câmp este indicat prin cercuri) . Între electrozii A h B se aplică o tensiune de accelerare, sub influența căreia ionii emiși de la sursă sunt accelerați și intră în câmpul magnetic cu o anumită viteză perpendiculară pe liniile de inducție. Mișcându-se într-un câmp magnetic de-a lungul unui arc de cerc, ionii cad pe placa fotografică 2, ceea ce face posibilă determinarea razei R acest arc. Cunoașterea inducției câmpului magnetic ÎN si viteza υ ioni, conform formulei

\(~\frac q m = \frac (v)(RB)\)

se poate determina sarcina specifică a ionilor. Și dacă încărcarea unui ion este cunoscută, masa acestuia poate fi calculată.

Literatură

Aksenovich L. A. Fizica în liceu: Teorie. Sarcini. Teste: Proc. indemnizație pentru instituțiile care oferă general. medii, educație / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 328.