Sila pôsobiaca zvonku magnetické pole na pohybujúcich sa elektricky nabitých časticiach.
kde q je náboj častíc;
V je rýchlosť nabíjania;
a je uhol medzi vektorom rýchlosti nabíjania a vektorom magnetickej indukcie.
Je určený smer Lorentzovej sily podľa pravidla ľavej ruky:
Ak by ste dali ľavú ruku tak, aby sa zložka indukčného vektora kolmá na rýchlosť dostala do dlane a štyri prsty by boli umiestnené v smere rýchlosti kladného náboja (alebo proti smeru rýchlosti záporný náboj), potom ohnutý palec udáva smer Lorentzovej sily:
. 
Pretože Lorentzova sila je vždy kolmá na rýchlosť náboja, nevykonáva prácu (t. J. Nemení veľkosť rýchlosti náboja a jeho Kinetická energia).
Ak sa nabitá častica pohybuje rovnobežne so siločiarami magnetického poľa, potom Fl = 0 a náboj v magnetickom poli sa pohybuje rovnomerne a priamočiaro.
Ak sa nabitá častica pohybuje kolmo na siločiary magnetického poľa, potom je Lorentzova sila dostredivá:
a tvorí dostredivé zrýchlenie rovná sa:
V tomto prípade sa častica pohybuje v kruhu.
. 
Podľa druhého Newtonovho zákona: Lorentzova sila sa rovná súčinu hmotnosti častíc dostredivým zrýchlením:
potom polomer kruhu je:
a obdobie revolúcie náboja v magnetickom poli:
Pretože elektrický prúd je usporiadaný pohyb nábojov, účinok magnetického poľa na prúdový vodič je výsledkom jeho pôsobenia na oddelené pohybujúce sa náboje. Ak do magnetického poľa zavedieme vodič s prúdom (obr. 96, a), potom uvidíme, že v dôsledku pridania magnetických polí magnetu a vodiča sa výsledné magnetické pole zvýši na jednej strane vodiča (na obrázku vyššie) a oslabiť magnetické pole na druhom boku vodiča (na obrázku nižšie). V dôsledku pôsobenia dvoch magnetických polí dôjde k zakriveniu magnetických vedení a tie sa pri pokuse o stiahnutie zatlačia vodič nadol (obr. 96, b).
Smer sily pôsobiacej na vodič s prúdom v magnetickom poli je možné určiť „pravidlom ľavej ruky“. Ak je ľavá ruka umiestnená v magnetickom poli tak, že sa zdá, že magnetické čiary vychádzajúce zo severného pólu vstupujú do dlane, a štyri vystreté prsty sa zhodujú so smerom prúdu vo vodiči, palec sa ohne z ruky. ukáže smer sily. Ampérová sila pôsobiaca na prvok dĺžky vodiča závisí od: od veľkosti magnetickej indukcie B, veľkosti prúdu vo vodiči I, od prvku dĺžky vodiča a od sínusu uhol a medzi smerom prvku dlžky vodiča a smerom magnetického poľa.
Túto závislosť je možné vyjadriť vzorcom:
V prípade priameho vodiča konečnej dĺžky umiestneného kolmo na smer rovnomerného magnetického poľa bude sila pôsobiaca na vodič:
Z posledného vzorca určíme rozmer magnetickej indukcie.
Pretože rozmer sily:
to znamená, že rozmer indukcie je rovnaký, ako sme ho získali zo zákona Biota a Savarda.
Tesla (jednotka magnetickej indukcie)
Tesla, jednotka magnetickej indukcie Medzinárodný systém jednotiek, rovnocenný magnetická indukcia, pri ktorom magnetický tok prechádza prierezom s plochou 1 m 2 sa rovná 1 weber. Pomenovaný pre N. Tesla. Legenda: ruština tl, medzinárodný T. 1 tl = 104 rs(gauss).
Magnetický moment, magnetický dipólový moment Je hlavná veličina charakterizujúca magnetické vlastnosti látky. Magnetický moment sa meria v A⋅m 2 alebo J / T (SI) alebo erg / G (CGS), 1 erg / G = 10-3 J / T. Špecifickou jednotkou elementárneho magnetického momentu je Bohrov magnetón. V prípade plochého obvodu s elektrickým prúdom sa magnetický moment vypočíta ako
kde - prúd v obryse je oblasť obrysu, je jednotkovým normálovým vektorom k rovine obrysu. Smer magnetického momentu sa zvyčajne zistí podľa pravidla gimletu: ak otočíte držadlom kardanu v smere prúdu, smer magnetického momentu sa bude zhodovať so smerom translačného pohybu kardanu.
Pre ľubovoľne uzavretú slučku je magnetický moment zistený z:
,
kde je vektor polomeru nakreslený od začiatku k prvku dĺžky obrysu
Vo všeobecnom prípade ľubovoľného rozloženia prúdov v médiu:
,
kde je aktuálna hustota v objemovom prvku.
Krútiaci moment teda pôsobí na obvod s prúdom v magnetickom poli. Obrys je v danom bode poľa orientovaný iba jedným spôsobom. Zoberme si kladný smer normály ako smer magnetického poľa v tomto bode. Krútiaci moment je priamo úmerný veľkosti prúdu Ja, obrysová oblasť S a sínus uhla medzi smerom magnetického poľa a normálou.
tu M - krútiaci moment , alebo moment sily , - magnetický moment obvod (podobne - elektrický moment dipólu).
V nehomogénnom poli () platí vzorec, ak veľkosť obrysu je dostatočne malá(potom pole možno považovať za približne rovnomerné v rámci obrysu). V dôsledku toho sa prúdová slučka stále má tendenciu otáčať tak, aby jej magnetický moment smeroval pozdĺž čiar vektora.
Ale okrem toho výsledná sila pôsobí na obvod (v prípade rovnomerného poľa a. Táto sila momentom pôsobí na obvod s prúdom alebo na permanentný magnet a vtiahne ich do oblasti silnejšieho magnetického poľa .
Práca na pohybe obvodu s prúdom v magnetickom poli.
Je ľahké dokázať, že práca na pohybe obvodu s prúdom v magnetickom poli je rovnaká 
, kde a sú magnetické toky cez obrysovú oblasť v konečnej a počiatočnej polohe. Tento vzorec platí, ak prúd slučky je konštantný, t.j. pri posúvaní obrysu sa tento jav neberie do úvahy elektromagnetická indukcia.
Vzorec platí aj pre veľké obrysy v silne nehomogénnom magnetickom poli (k dispozícii Ja = konšt).
Nakoniec, ak obvod s prúdom nie je posunutý, ale magnetické pole sa zmení, t.j. zmeňte magnetický tok cez povrch pokrytý obrysom z hodnoty na, potom na to musíte urobiť rovnakú prácu 
... Táto práca sa nazýva práca na zmene magnetického toku spojeného s obvodom. Tok vektora magnetickej indukcie (magnetický tok) prostredníctvom platformy dS sa nazýva skalár fyzické množstvo ktorá sa rovná
kde B n = Вcosα je priemet vektora V. v smere kolmice na miesto dS (α je uhol medzi vektormi n a V.), d S= dS n Je vektor, ktorého modul sa rovná dS a jeho smer sa zhoduje so smerom normály n na stránku. Vektorový prúd V. môže byť buď kladný alebo záporný, v závislosti od znamienka cosα (dané výberom kladného smeru normály) n). Vektorový prúd V. zvyčajne spojené s obvodom, cez ktorý preteká prúd. V tomto prípade sme špecifikovali kladný smer normály k obrysu: je spojený s prúdom pravidlom pravej skrutky. To znamená, že magnetický tok, ktorý je vytvorený obrysom, cez povrch ohraničený sebou samým, je vždy pozitívny.
Tok vektora magnetickej indukcie Ф B cez ľubovoľne daný povrch S je rovný
(2)
Pre rovnomerné pole a rovný povrch, ktorý je kolmý na vektor V., B n = B = konšt a
Z tohto vzorca je stanovená jednotka magnetického toku weber(Wb): 1 Wb - magnetický tok, ktorý prechádza plochým povrchom s plochou 1 m 2, ktorý je umiestnený kolmo na rovnomerné magnetické pole a ktorého indukcia je 1 T (1 Wb = 1 T m2).
Gaussova veta pre pole B: tok vektora magnetickej indukcie cez akýkoľvek uzavretý povrch je nulový:
(3)
Táto veta je odrazom skutočnosti, že žiadne magnetické náboje, v dôsledku čoho riadky magnetickej indukcie nemajú začiatok ani koniec a sú uzavreté.
Preto pre toky vektorov V. a E rôzne vzorce sa získavajú prostredníctvom uzavretého povrchu vo víroch a potenciálnych poliach.
Ako príklad nájdeme tok vektora V. cez solenoid. Magnetická indukcia rovnomerného poľa vo vnútri solenoidu s jadrom s magnetickou permeabilitou μ je rovná
Magnetický tok cez jedno otočenie solenoidu s plochou S je rovný
a celkový magnetický tok, ktorý je spojený so všetkými závitmi solenoidu a tzv tavná väzba,
ESSAY
Na tému „Fyzika“
Téma: „Aplikácia Lorentzovej sily“
Vyplnil: Študent skupiny T-10915 Logunova M.V.
Učiteľ Vorontsov B.S.
Kurgan 2016
Úvod. 3
1. Pomocou Lorentzovej sily. 4
.. 4
1.2 Hmotnostná spektrometria. 6
1,3 MHD generátor. 7
1,4 Cyklotron. 8
Záver. jedenásť
Zoznam použitej literatúry .. 13
Úvod
Lorentzova sila- sila, ktorou elektromagnetické pole podľa klasickej (nekvantovej) elektrodynamiky pôsobí na bodovo nabitú časticu. Lorentzova sila sa niekedy nazýva sila pôsobiaca na osobu pohybujúcu sa rýchlosťou υ nabíjať q iba zo strany magnetického poľa, často plnou silou - zo strany elektromagnetické pole vo všeobecnosti, inými slovami, zo strany elektrického E a magnetické B polia.
V medzinárodnom systéme jednotiek (SI) je vyjadrený ako:
F L = q υ B hriech α
Pomenovaný podľa holandského fyzika Hendrika Lorenza, ktorý odvodil výraz pre túto silu v roku 1892. Tri roky pred Lorenzom našiel správny výraz O. Heaviside.
Makroskopickým prejavom Lorentzovej sily je ampérová sila.
Použitie Lorentzovej sily
Pôsobenie magnetického poľa na pohybujúce sa nabité častice je v technológii veľmi široko používané.
Hlavnou aplikáciou Lorentzovej sily (presnejšie jej konkrétny prípad - sila Ampere) sú elektrické stroje (elektromotory a generátory). Lorentzova sila sa v elektronických zariadeniach široko používa na pôsobenie nabitých častíc (elektróny a niekedy ióny), napríklad v televízii katódové trubice , v hmotnostná spektrometria a Generátory MHD.
V súčasne vytvorených experimentálnych inštaláciách na implementáciu riadenej termonukleárnej reakcie sa účinok magnetického poľa na plazmu používa na jeho skrútenie do šnúry, ktorá sa nedotýka stien pracovnej komory. Pohyb nabitých častíc v kruhu v rovnomernom magnetickom poli a nezávislosť periódy takéhoto pohybu na rýchlosti častíc sa používajú v cyklických urýchľovačoch nabitých častíc - cyklotróny.
1. 1. Zariadenia s elektrónovým lúčom
Zariadenia s elektrónovým lúčom (EBD) sú triedou vákuových elektronických zariadení, ktoré používajú prúd elektrónov koncentrovaných vo forme jedného lúča alebo zväzku lúčov, ktorých intenzita (prúd) a poloha v priestore sa riadi a interagujú s stacionárny priestorový cieľ (obrazovka) zariadenia. Hlavnou oblasťou použitia ELP je konverzia optických informácií na elektrické signály a reverzná premena elektrického signálu na optický - napríklad na viditeľný televízny obraz.
Trieda katódových prístrojov nezahŕňa röntgenové trubice, fotobunky, fotonásobiče, plynové výbojky (dekatróny) a prijímacie zosilňovacie elektronické žiarovky (lúčové tetródy, vákuové indikátory, žiarovky so sekundárnou emisiou a podobne) s lúčová forma prúdov.
Zariadenie s elektrónovým lúčom pozostáva z najmenej troch hlavných častí:
· Elektrónový svetlomet (pištoľ) vytvára elektrónový lúč (alebo lúč lúčov, napríklad tri lúče vo farebnej obrazovke) a riadi jeho intenzitu (prúd);
· Systém vychyľovania riadi priestorovú polohu lúča (jeho odchýlku od osi svetlometu);
· Cieľ (obrazovka) prijímajúceho ELP prevádza energiu lúča na svetelný tok viditeľného obrazu; cieľ vysielacieho alebo ukladajúceho ELP akumuluje reliéf priestorového potenciálu odčítaný skenovacím elektrónovým lúčom
| Ryža. 1 zariadenie CRT |
Všeobecné princípy zariadenia.
Vo valci CRT je vytvorené hlboké vákuum. Na vytvorenie elektrónového lúča sa používa zariadenie nazývané elektrónová pištoľ. Katóda zahrievaná vláknom vyžaruje elektróny. Zmenou napätia na riadiacej elektróde (modulátore) môžete zmeniť intenzitu elektrónového lúča a podľa toho aj jas obrazu. Po opustení pištole sú elektróny urýchlené anódou. Lúč potom prechádza vychyľovacím systémom, ktorý môže meniť smer lúča. V televíznych CRT sa používa magnetický vychyľovací systém, ktorý poskytuje veľké uhly vychyľovania. Osciloskopové CRT používajú elektrostatický vychyľovací systém na rýchlejšie reakčné časy. Elektrónový lúč dopadá na obrazovku potiahnutú fosforom. Bombardovaním elektrónov svieti fosfor a rýchlo sa pohybujúce miesto s rôznym jasom vytvára obraz na obrazovke.
1.2 Hmotnostná spektrometria
| Ryža. 2 |
Pôsobenie Lorentzovej sily sa používa aj v zariadeniach nazývaných hmotnostné spektrografy, ktoré sú navrhnuté tak, aby oddeľovali nabité častice podľa ich špecifických nábojov.
Hmotnostná spektrometria(hmotnostná spektroskopia, hmotnostná spektrografia, hmotnostná spektrálna analýza, hmotnostná spektrometrická analýza)-metóda na štúdium látky na základe stanovenia pomeru hmotnosti k náboju iónov vytvorených ionizáciou záujmových zložiek vzorky. Jedna z najsilnejších metód kvalitatívnej identifikácie látok, ktorá umožňuje aj kvantitatívne stanovenie. Môžeme povedať, že hmotnostná spektrometria je „váženie“ molekúl vo vzorke.
Schematický diagram najjednoduchšieho hmotnostného spektrografu je znázornený na obrázku 2.
V komore 1, z ktorej je evakuovaný vzduch, je zdroj iónov 3. Komora je umiestnená v rovnomernom magnetickom poli, v ktorom každom bode je indukcia B⃗ B → kolmá na rovinu kresby a smeruje k nám. (na obrázku 1 je toto pole označené kruhmi). Medzi elektródami A a B je aplikované akceleračné napätie, pri pôsobení ktorého sa ióny emitované zo zdroja zrýchlia a určitou rýchlosťou vstupujú do magnetického poľa kolmého na indukčné čiary. Ióny sa pohybujú v magnetickom poli pozdĺž kruhového oblúka a dopadajú na fotografickú dosku 2, čo umožňuje určiť polomer R tohto oblúka. Poznať indukciu magnetického poľa B a rýchlosť υ iónov podľa vzorca
je možné určiť špecifický náboj iónov. A ak je náboj iónu známy, môžete vypočítať jeho hmotnosť.
História hmotnostnej spektrometrie siaha do zásadných experimentov J. J. Thomsona na začiatku 20. storočia. Koncovka „-metria“ v názve metódy sa objavila po rozsiahlom prechode z detekcie nabitých častíc pomocou fotografických dosiek na elektrické merania iónové prúdy.
Hmotnostná spektrometria sa obzvlášť široko používa pri analýze organická hmota pretože poskytuje spoľahlivú identifikáciu relatívne jednoduchých aj zložitých molekúl. Jedinou všeobecnou požiadavkou je, aby bola molekula ionizovateľná. Teraz je však už vynájdený
Existuje toľko spôsobov ionizácie zložiek vzorky, že hmotnostnú spektrometriu možno považovať za takmer všeobjímajúcu metódu.
1,3 MHD generátor
Magnetohydrodynamický generátor, generátor MHD je elektráreň, v ktorej sa energia pracovného média (kvapalného alebo plynného elektricky vodivého média) pohybujúceho sa v magnetickom poli premieňa priamo na elektrickú energiu.
Princíp činnosti generátora MHD, ako konvenčného strojného generátora, je založený na fenoméne elektromagnetickej indukcie, to znamená na výskyte prúdu pri prechode vodičom siločiary magnetické pole. Na rozdiel od strojových generátorov je samotná pracovná tekutina vodičom v generátore MHD.
Pracovné teleso sa pohybuje po magnetickom poli a pôsobením magnetického poľa vznikajú opačne smerované toky nosičov náboja opačných znakov.
Nabitá častica je ovplyvnená Lorentzovou silou.
Nasledujúce médiá môžu slúžiť ako pracovná tekutina generátora MHD:
· Elektrolyty;
· Tekuté kovy;
· Plazma (ionizovaný plyn).
Prvé generátory MHD používali ako pracovné médium vodivé kvapaliny (elektrolyty). V súčasnosti sa používa plazma, v ktorej sú nosičmi náboja hlavne voľné elektróny a pozitívne ióny. Pod vplyvom magnetického poľa sa nosiče náboja odchyľujú od trajektórie, po ktorej by sa plyn pohyboval bez poľa. V tomto prípade môže v silnom magnetickom poli vzniknúť Hallovo pole (pozri Hallov efekt) - elektrické pole vytvorené v dôsledku kolízií a posunov nabitých častíc v rovine kolmej na magnetické pole.
1,4 Cyklotron
Cyklotron je rezonančný cyklický urýchľovač nerelativistických silne nabitých častíc (protónov, iónov), v ktorom sa častice pohybujú v konštantnom a rovnomernom magnetickom poli a na ich urýchlenie sa používa vysokofrekvenčné elektrické pole s konštantnou frekvenciou.
Schéma zariadenia s cyklotrónom je znázornená na obr. Ťažko nabité častice (protóny, ióny) vstupujú do komory z injektora v blízkosti stredu komory a sú urýchľované striedavým poľom s pevnou frekvenciou aplikovaným na urýchľujúce elektródy (sú dve a nazývajú sa jelene). Častice s nábojom Ze a hmotnosťou m sa pohybujú v konštantnom magnetickom poli o sile B smerujúcom kolmo na rovinu pohybu častíc po odvíjajúcej sa špirále. Polomer R trajektórie častice s rýchlosťou v je určený vzorcom
kde γ = -1/2 je relativistický faktor.
V cyklotróne je pre nerelativistickú (γ ≈ 1) časticu v konštantnom a rovnomernom magnetickom poli polomer obežnej dráhy úmerný rýchlosti (1) a frekvencii otáčania nerelativistickej častice (frekvencia cyklotronu nezávisí od energia častíc
| E = mv 2/2 = (Ze) 2 B 2 R 2 / (2 m) (3) |
V medzere medzi jeleňmi sú častice urýchľované pulzným elektrickým poľom (vo vnútri dutých kovových jeleňov nie je žiadne elektrické pole). V dôsledku toho sa zvyšuje energia a polomer obežnej dráhy. Opakovaním zrýchlenia elektrickým poľom pri každej otáčke sa energia a polomer obežnej dráhy privedú na maximum prijateľné hodnoty... V tomto prípade častice získavajú rýchlosť v = ZeBR / m a zodpovedajúcu energiu:
Na poslednom otočení špirály sa zapne vychyľujúce elektrické pole, ktoré lúč vyvedie von. Konštantnosť magnetického poľa a frekvencia zrýchľujúceho poľa umožňujú kontinuálny režim zrýchľovania. Zatiaľ čo sa niektoré častice pohybujú pozdĺž vonkajších závitov špirály, iné sú v strede dráhy a ďalšie sa ešte len začínajú pohybovať.
Nevýhodou cyklotronu je obmedzenie v podstate nerelativistických energií častíc, pretože aj nie príliš veľké relativistické korekcie (odchýlky γ od jednoty) narúšajú synchronizáciu zrýchlenia v rôznych slučkách a častice s výrazne zvýšenými energiami už nemajú čas nájsť sa v medzere medzi jeleňmi vo fáze elektrického poľa potrebného na zrýchlenie ... V bežných cyklotrónoch je možné protóny urýchliť až na 20-25 MeV.
Na urýchlenie ťažkých častíc v špirálovitom špirálovom režime až na energie desaťkrát vyššie (až do 1000 MeV) sa používa modifikácia cyklotronu, tzv. izochrónne(relativistický) cyklotron a tiež phasotron. V izochrónnych cyklotrónoch sú relativistické efekty kompenzované radiálnym nárastom magnetického poľa.
Záver
Skrytý text
Písomný záver (najzákladnejší pre všetky podpoložky prvej časti - zásady činnosti, definície)
Zoznam použitej literatúry
1. Wikipedia [Elektronický zdroj]: Sila Lorentza. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Lorentz_Power
2. Wikipedia [Elektronický zdroj]: Magnetohydrodynamický generátor. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Magnetohydrodynamic_generator
3. Wikipedia [Elektronický zdroj]: Zariadenia s elektrónovým lúčom. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Electron-beam_devices
4. Wikipedia [Elektronický zdroj]: Hmotnostná spektrometria. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Mass spektrometria
5. Jadrová fyzika na internete [Elektronický zdroj]: Cyclotron. URL: http://nuclphys.sinp.msu.ru/experiment/accelerators/ciclotron.htm
6. Elektronická učebnica fyziky [Elektronický zdroj]: T. Aplikácia sily Lorentza // URL: http://www.physbook.ru/index.php/ T._Application of_Lorentz_force
7. Akademik [Elektronický zdroj]: Magnetohydrodynamický generátor // URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/
© 2015-2019 web
Všetky práva patria ich autorom. Táto stránka si nenárokuje autorstvo, ale poskytuje bezplatné použitie.
Dátum vytvorenia stránky: 2017-03-31
Ampérová sila pôsobiaci na kus vodiča s dĺžkou Δ l s prúdom Ja v magnetickom poli B,
Výraz pre silu Ampere možno napísať ako:
Táto sila sa nazýva Lorentzovou silou ... Uhol α v tomto výraze rovná uhlu medzi rýchlosťou a vektor magnetickej indukcie Smer Lorentzovej sily pôsobiacej na kladne nabitú časticu, ako aj smer ampérovej sily možno zistiť z pravidlo ľavej ruky alebo gimletovo pravidlo... Vzájomné usporiadanie vektorov a pre pozitívne nabitú časticu je znázornené na obr. 1.18.1.
|
|
|
Obrázok 1.18.1. Relatívna poloha vektorov a modul Lorentzovej sily je číselne rovnaká ako plocha rovnobežníka postaveného na vektoroch a vynásobená nábojom q |
Lorentzova sila je smerovaná kolmo na vektory a
Keď sa nabitá častica pohybuje v magnetickom poli, Lorentzova sila nefunguje. Modul vektora rýchlosti sa preto pri pohybe častice nemení.
Ak sa nabitá častica pohybuje v rovnomernom magnetickom poli pôsobením Lorentzovej sily a jej rýchlosť leží v rovine kolmej na vektor, častica sa bude pohybovať v kruhu s polomerom
Obdobie otáčania častice v rovnomernom magnetickom poli je
zavolal cyklotronová frekvencia ... Cyklotronová frekvencia nezávisí od rýchlosti (teda od kinetickej energie) častice. Táto okolnosť sa používa v cyklotróny - urýchľovače ťažkých častíc (protóny, ióny). Schematický diagram cyklotronu je znázornený na obr. 1.18.3.
Medzi póly silného elektromagnetu je umiestnená vákuová komora, v ktorej sú dve elektródy vo forme dutých kovových polvalcov ( jelene ). Na jelene je aplikované striedavé elektrické napätie, ktorého frekvencia sa rovná cyklotronovej frekvencii... Nabité častice sa vstreknú do stredu vákuovej komory. Častice sú urýchlené elektrickým poľom medzi jeleňmi. Vnútri jeleňov sa častice pohybujú pôsobením Lorentzovej sily pozdĺž polkruhov, ktorých polomer sa zvyšuje so zvyšujúcou sa energiou častíc. Zakaždým, keď častica letí medzerou medzi jeleňmi, je urýchlená elektrickým poľom. V cyklotróne, ako vo všetkých ostatných urýchľovačoch, je teda nabitá častica urýchlená elektrickým poľom a držaná na dráhe magnetickým poľom. Cyklotróny umožňujú urýchlenie protónov na energie rádovo 20 MeV.
Homogénne magnetické polia sa používajú v mnohých zariadeniach, a najmä v hmotnostné spektrometre - zariadenia, ktorými je možné merať hmotnosti nabitých častíc - iónov alebo jadier rôznych atómov. Na oddelenie sa používajú hmotnostné spektrometre izotopy, to znamená jadrá atómov s rovnakým nábojom, ale rôzne masy(napríklad 20 Ne a 22 Ne). Najjednoduchší hmotnostný spektrometer je znázornený na obr. 1.18.4. Ióny vyletujúce zo zdroja S, prejdite niekoľkými malými dierami, ktoré tvoria úzky lúč. Potom spadnú do volič rýchlosti v ktorých sa pohybujú častice prekrížené homogénne elektrické a magnetické polia... Medzi doskami plochého kondenzátora sa vytvorí elektrické pole, v medzere medzi pólmi elektromagnetu sa vytvorí magnetické pole. Počiatočná rýchlosť nabitých častíc je smerovaná kolmo na vektory a
Na častice pohybujúce sa v krížených elektrických a magnetických poliach pôsobí elektrická sila a Lorentzova magnetická sila... Za podmienky E = υ B tieto sily sa navzájom presne vyvažujú. Ak je táto podmienka splnená, častica sa bude pohybovať rovnomerne a priamočiaro a po prelete kondenzátorom prejde otvorom v site. Pre dané hodnoty elektrických a magnetických polí selektor vyberie častice pohybujúce sa rýchlosťou υ = E / B.
Potom častice s rovnakou rýchlosťou vstupujú do komory hmotnostného spektrometra, v ktorej sa vytvára rovnomerné magnetické pole.Častice sa pohybujú v komore v rovine kolmej na magnetické pole pôsobením Lorentzovej sily. Dráhy častíc sú kruhy polomerov R. = mυ / qB "... Meranie polomerov trajektórií pri známych hodnotách υ a B " môžete definovať postoj q / m... V prípade izotopov ( q 1 = q 2) hmotnostný spektrometer vám umožňuje oddeliť častice s rôznymi hmotnosťami.
Moderné hmotnostné spektrometre umožňujú merať hmotnosti nabitých častíc s presnosťou vyššou ako 10 –4.
Ak má rýchlosť častíc zložku v smere magnetického poľa, potom sa takáto častica bude pohybovať v rovnomernom magnetickom poli v špirále. V tomto prípade je polomer špirály R. závisí od modulu vektorovej zložky υ ┴ kolmého na magnetické pole a rozstupu špirály p- z modulu pozdĺžnej zložky υ || (obr. 1.18.5).
Dráha nabitých častíc sa teda vinie akoby po čiare magnetickej indukcie. Tento jav sa v technológii používa na magnetická tepelná izolácia vysokoteplotnej plazmy, to znamená úplne ionizovaný plyn pri teplote rádovo 10 6 K. Látka v tomto stave sa získava v zariadeniach typu „Tokamak“ pri štúdiu riadených termonukleárnych reakcií. Plazma by nemala prísť do styku so stenami komory. Tepelná izolácia sa dosiahne vytvorením magnetického poľa špeciálnej konfigurácie. Ako príklad, obr. 1.18.6 ukazuje trajektóriu nabitej častice v magnetická fľaša(alebo pasca ).
Podobný jav sa vyskytuje v magnetickom poli Zeme, ktoré je ochranou pre všetky živé bytosti pred tokmi nabitých častíc z vesmíru. Rýchlo nabité častice z vesmíru (hlavne zo Slnka) sú „zachytené“ magnetickým poľom Zeme a tvoria tzv radiačné pásy (Obr. 1.18.7), v ktorom sa častice, ako v magnetických pasciach, pohybujú tam a späť po špirálových trajektóriách medzi severným a južným magnetickým pólom v čase rádu zlomkov sekundy. Iba v polárnych oblastiach niektoré častice prenikajú do horných vrstiev atmosféry a spôsobujú polárne žiary. Pásy žiarenia Zeme siahajú od vzdialeností rádovo 500 km až po desiatky polomerov Zeme. Malo by sa pamätať na to, že južný magnetický pól Zeme sa nachádza v blízkosti geografického severného pólu (na severozápade Grónska). Povaha pozemského magnetizmu ešte nebola študovaná.
Kontrolné otázky
1. Popíšte experimenty Oersteda a Ampéra.
2. Aký je zdroj magnetického poľa?
3. Čo je Ampérova hypotéza vysvetľujúca existenciu magnetického poľa permanentného magnetu?
4. Aký je zásadný rozdiel medzi magnetickým poľom a elektrickým poľom?
5. Formulujte definíciu vektora magnetickej indukcie.
6. Prečo sa magnetické pole nazýva vír?
7. Formulovať zákony:
A) ampér;
B) Bio-Savar-Laplace.
8. Aká je absolútna hodnota vektora magnetickej indukcie dopredného prúdového poľa?
9. Sformulujte definíciu jednotky prúdu (ampér) v medzinárodnom systéme jednotiek.
10. Napíšte vzorce vyjadrujúce hodnotu:
A) modul vektora magnetickej indukcie;
B) Ampérove sily;
C) Lorentzove sily;
D) obdobie otáčania častice v rovnomernom magnetickom poli;
D) polomer zakrivenia kruhu, keď sa nabitá častica pohybuje v magnetickom poli;
Test vlastnej kontroly
Čo bolo pozorované v Oerstedovom experimente?
1) Interakcia dvoch paralelných vodičov s prúdom.
2) Interakcia dvoch magnetických šípok
3) Otočenie magnetickej ihly blízko vodiča pri prechode prúdu.
4) Výskyt elektrický prúd v cievke, keď je do nej vložený magnet.
Ako interagujú dva paralelné vodiče, ak cez ne prechádzajú prúdy rovnakým smerom?
Sú priťahovaní;
Odrazený;
Sila a moment síl sa rovnajú nule.
Sila je nulová, ale krútiaci moment nie je nulový.
Aký vzorec určuje výraz pre modul sily Ampere?
Aký vzorec určuje výraz pre modul Lorentzovej sily?
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 .
Elektrón s rýchlosťou V letí do magnetického poľa s indukčným modulom B kolmým na magnetické čiary. Ktorý výraz zodpovedá polomeru obežnej dráhy elektrónu?
Odpoveď: 1) 
2)
4)
8. Ako sa zmení obdobie otáčania nabitej častice v cyklotróne so zvýšením jej rýchlosti dvakrát? (V<< c).
1) zvýši sa dvakrát; 2) zvýši sa dvakrát;
3) zvýši sa 16 -krát; 4) Nezmení sa.
9. Aký vzorec určuje modul indukcie magnetického poľa vytvoreného v strede kruhového prúdu s polomerom kruhu R?
1)
2)
3)
4)
10. Prúd v cievke je Ja... Ktorý zo vzorcov určuje modul magnetického poľa v strede dĺžky cievky l s počtom závitov N?
1)
2)
3)
4)
Laboratórna práca č.
Stanovenie horizontálnej zložky indukcie magnetického poľa Zeme.
Stručná teória pre laboratórne práce.
Magnetické pole je hmotné médium, ktoré prenáša takzvané magnetické interakcie. Magnetické pole je jednou z foriem prejavu elektromagnetického poľa.
Zdroje magnetických polí sú pohybujúce sa elektrické náboje, vodiče prenášajúce prúd a striedavé elektrické polia. Magnetické pole generované pohyblivými nábojmi (prúdmi) zasa pôsobí iba na pohyblivé náboje (prúdy), ale neovplyvňuje stacionárne náboje.
Hlavnou charakteristikou magnetického poľa je vektor magnetickej indukcie 
:
|
|
Modul vektora magnetickej indukcie sa číselne rovná maximálnej sile pôsobiacej zo strany magnetického poľa na vodič s jednotkovou dĺžkou, cez ktorý preteká prúd jednotkovej sily. Vektor 
tvorí trojicu pravákov so silovým vektorom a aktuálnym smerom. Magnetická indukcia je teda silová charakteristika magnetického poľa.
Jednotkou magnetickej indukcie SI je Tesla (T).
Silové čiary magnetického poľa sa nazývajú imaginárne čiary, v ktorých každom bode sa dotyčnice zhodujú so smerom vektora magnetickej indukcie. Magnetické siločiary sú vždy uzavreté, nikdy sa nepretínajú.
Ampérov zákon určuje silové pôsobenie magnetického poľa na vodič nesúci prúd.
Ak je v magnetickom poli s indukciou 
je umiestnený vodič s prúdom, potom na každý prvok smerujúci prúd 
vodič, pôsobí ampérová sila, určená pomerom
|
|
.Smer sily Ampere sa zhoduje so smerom vektorového súčinu 
,
tí. je kolmá na rovinu, v ktorej ležia vektory 
a 
(obr. 1).
Ryža. 1. Na určenie smeru sily ampéra
Ak 
kolmý 
,
potom je možné určiť smer sily Ampere podľa pravidla ľavej ruky: nasmerujte štyri vystreté prsty pozdĺž prúdu, položte dlaň kolmo na siločiary, potom palec ukáže smer sily Ampere. Ampérov zákon je základom pre definíciu magnetickej indukcie, t.j. vzťah (1) vyplýva zo vzorca (2) napísaného v skalárnej forme.
Lorentzova sila je sila, ktorou elektromagnetické pole pôsobí na nabitú časticu pohybujúcu sa v tomto poli. Lorentzov vzorec sily prvýkrát získal G. Lorentz ako výsledok zovšeobecnenia skúseností a má formu:
|
|
.kde 
Je sila pôsobiaca na nabitú časticu v elektrickom poli s intenzitou 
;
–
sila pôsobiaca na nabitú časticu v magnetickom poli.
Vzorec pre magnetickú zložku Lorentzovej sily je možné získať z Ampérovho zákona s prihliadnutím na to, že prúd je usporiadaným pohybom elektrických nábojov. Ak by magnetické pole nepôsobilo na pohybujúce sa náboje, nemalo by to vplyv na vodič s prúdom. Magnetická zložka Lorentzovej sily je určená výrazom:
|
|
.Táto sila je smerovaná kolmo na rovinu, v ktorej ležia vektory rýchlosti 
a indukcia magnetického poľa 
; jeho smer sa zhoduje so smerom vektorového súčinu 
pre q
> 0 a so smerom 
pre q>0
(obr. 2). 
Ryža. 2. Určiť smer magnetickej zložky Lorentzovej sily
Ak vektor 
kolmo na vektor 
, potom smer magnetickej zložky Lorentzovej sily pre kladne nabité častice možno nájsť podľa pravidla ľavej ruky a pre negatívne nabité častice podľa pravidla pravá ruka... Pretože magnetická zložka Lorentzovej sily je vždy smerovaná kolmo na rýchlosť 
, potom nevykonáva prácu s pohybom častice. Dokáže zmeniť iba smer rýchlosti 
,
ohnúť trajektóriu častice, t.j. hrať úlohu dostredivej sily.
Na výpočet magnetických polí sa používa zákon Bio-Savart-Laplace (definície 
) vytvorený prúdovými vodičmi.
Podľa zákona Bio-Savart-Laplace je každý prúdovo smerovaný prvok vodiča 
sa objaví v bode v diaľke 
z tohto prvku je magnetické pole, ktorého indukcia je určená pomerom:
|
|
.kde 
H / m - magnetická konštanta; µ
- magnetická permeabilita média.
Ryža. 3. K zákonu Bio-Savart-Laplace
Smer 
sa zhoduje so smerom krížového produktu 
, t.j. 
je kolmá na rovinu, v ktorej ležia vektory 
a 
... Súčasne 
je dotyčnica siločiary, ktorej smer je možné určiť pravidlom gimletu: ak je translačný pohyb špičky kardanu smerovaný pozdĺž prúdu, potom smer otáčania rukoväte určí smer magnetického poľa čiara (obr. 3).
Ak chcete nájsť magnetické pole vytvárané celým vodičom, musíte použiť princíp superpozície polí:
|
|
.Vypočítajme napríklad magnetickú indukciu v strede kruhového prúdu (obr. 4).
Ryža. 4. K výpočtu poľa v strede kruhového prúdu
Pre kruhový prúd 
a 
, preto vzťah (5) v skalárnej forme má tvar:
Celkový súčasný zákon (veta o obehu magnetickej indukcie) je ďalším zákonom na výpočet magnetických polí.
Celkový súčasný zákon pre magnetické pole vo vákuu má tvar:
|
|
.kde B l
–
projekcia 
na prvok vodiča 
nasmerované pozdĺž prúdu.
Cirkulácia vektora magnetickej indukcie pozdĺž akejkoľvek uzavretej slučky sa rovná súčinu magnetickej konštanty algebraickým súčtom prúdov pokrytých touto slučkou.
Ostrogradsky-Gaussova veta pre magnetické pole je nasledovná:
|
|
.kde B n
–
vektorová projekcia 
do normálu 
na stránku dS.
Tok vektora magnetickej indukcie cez ľubovoľný uzavretý povrch je nulový.
Povaha magnetického poľa vyplýva zo vzorcov (9), (10).
Podmienkou potenciálu elektrického poľa je rovnosť nulového obehu vektora intenzity 
.
Potenciálne elektrické pole je generované stacionárnymi elektrickými nábojmi; siločiary poľa nie sú uzavreté, začínajú kladnými nábojmi a končia zápornými.
Zo vzorca (9) vidíme, že v magnetickom poli je obeh vektora magnetickej indukcie nenulový, preto magnetické pole nie je potenciálne.
Zo vzťahu (10) vyplýva, že neexistujú žiadne magnetické náboje schopné vytvárať potenciálne magnetické polia. (V elektrostatike tkvie podobná veta vo forme 
.
Magnetické siločiary sa tesne uzatvoria. Takéto pole sa nazýva vír. Magnetické pole je teda vírivé pole. Smer siločiar je určený kardanovým pravidlom. V priamočiarom nekonečne dlhom vodiči s prúdom majú siločiary tvar sústredných kruhov obklopujúcich vodič (obr. 3).
Prečo história pridáva na svoje stránky zlatými písmenami niektorých vedcov a niektorých bez stopy vymaže? Každý, kto príde k vede, je povinný v nej zanechať svoju stopu. História hodnotí veľkosť a hĺbku tejto stopy. Ampere a Lorentz teda neoceniteľne prispeli k rozvoju fyziky, ktorý umožnil nielen rozvoj vedecké teórie, ale získali značnú praktickú hodnotu. Ako sa objavil telegraf? Čo sú to elektromagnety? Všetky tieto otázky budú zodpovedané v dnešnej lekcii.
Pre vedu majú získané znalosti veľkú hodnotu, ktoré si následne môžu nájsť svoje. praktické využitie... Nové objavy nielenže rozširujú obzory výskumu, ale tiež prinášajú nové otázky a problémy.
Vyzdvihnime to hlavné Ampérove objavy v oblasti elektromagnetizmu.
Po prvé, je to interakcia vodičov s prúdom. Dva paralelné vodiče s prúdmi sa navzájom priťahujú, ak sú v nich prúdy súmerné, a odpudzujú sa, ak sú prúdy v nich smerované opačne (obr. 1).
Ryža. 1. Vodiče s prúdom
Ampérov zákon znie:
Sila interakcie dvoch paralelných vodičov je úmerná súčinu prúdov vo vodičoch, úmerná dĺžke týchto vodičov a nepriamo úmerná vzdialenosti medzi nimi.
Sila interakcie dvoch paralelných vodičov,
Hodnoty prúdov vo vodičoch,
- dĺžka vodičov,
Vzdialenosť medzi vodičmi,
Magnetická konštanta.
Objav tohto zákona umožnil zaviesť do jednotiek merania veľkosť aktuálnej sily, ktorá do tej doby neexistovala. Ak teda vychádzame z definície aktuálnej sily ako pomeru množstva náboja preneseného cez prierez vodiča za jednotku času, potom získame zásadne nemerateľnú hodnotu, konkrétne množstvo náboja preneseného cez prierez vodiča. Na základe tejto definície nebudeme môcť zadať jednotku na meranie sily prúdu. Ampérov zákon umožňuje vytvoriť vzťah medzi hodnotami prúdov vo vodičoch a veličinami, ktoré je možné empiricky merať: mechanická sila a vzdialenosť. Je teda možné zaviesť do úvahy jednotku sily prúdu - 1 A (1 ampér).
Jeden ampérový prúd - je to prúd, pri ktorom dva homogénne rovnobežné vodiče umiestnené vo vákuu vo vzdialenosti jedného metra od druhého interagujú s Newtonovou silou.
Zákon interakcie prúdov - dva rovnobežné vodiče vo vákuu, ktorých priemery sú oveľa menšie ako vzdialenosti medzi nimi, interagujú so silou priamo úmernou súčinu prúdov v týchto vodičoch a nepriamo úmerných vzdialenosti medzi nimi.
Ďalším objavom Ampéra je zákon pôsobenia magnetického poľa na vodič s prúdom. Vyjadruje sa predovšetkým v pôsobení magnetického poľa na cievku alebo rám s prúdom. Na slučku s prúdom v magnetickom poli pôsobí moment sily, ktorý má tendenciu rozvinúť túto slučku takým spôsobom, že sa jej rovina stane kolmou na čiary magnetického poľa. Uhol otočenia zákruty je priamo úmerný prúdu v zákrute. Ak je vonkajšie magnetické pole v slučke konštantné, potom je konštantná aj hodnota modulu magnetickej indukcie. Oblasť slučky pri nie príliš veľkých prúdoch možno tiež považovať za konštantnú, preto platí, že prúdová sila sa rovná súčinu momentu síl rozvíjajúcich slučku s prúdom o nejakú konštantnú hodnotu za konštantných podmienok. .
- aktuálna sila,
- moment síl rozvíjajúcich cievku prúdom.
V dôsledku toho je možné merať aktuálnu silu hodnotou uhla natočenia rámu, ktorý je implementovaný v meracom zariadení - ampérmetri (obr. 2).
Ryža. 2. Ampérmeter
Po objavení pôsobenia magnetického poľa na vodič s prúdom si Ampere uvedomil, že tento objav je možné použiť na to, aby sa vodič pohyboval v magnetickom poli. Magnetizmus sa teda môže zmeniť na mechanický pohyb - na vytvorenie motora. Jedným z prvých, ktorý pracoval na jednosmerný prúd, bol elektrický motor (obr. 3), ktorý v roku 1834 vytvoril ruský elektrotechnik B.S. Jacobi.
Ryža. 3. Motor
Zvážte zjednodušený model motora, ktorý sa skladá z pevnej časti s magnetmi, ktoré sú k nej pripevnené - statora. Vo vnútri statora sa môže vodivý rám nazývaný rotor voľne otáčať. Aby mohol elektrický prúd pretekať rámom, je k vývodom pripojený pomocou posuvných kontaktov (obr. 4). Ak pripojíte motor k zdroju jednosmerného prúdu v obvode voltmetrom, potom keď je obvod uzavretý, rám s prúdom sa začne otáčať.
Ryža. 4. Princíp činnosti elektrického motora
V roku 1269 napísal francúzsky prírodovedec Pierre de Maricourt dielo s názvom „List na magnete“. Hlavným cieľom Pierra de Maricourt bolo vytvoriť stroj na večný pohyb, v ktorom sa chystal použiť úžasné vlastnosti magnety. Ako úspešné boli jeho pokusy, nie je známe, je však isté, že Jacobi na pohon člna používal svoj elektromotor, pričom ho dokázal zrýchliť na rýchlosť 4,5 km / h.
Je potrebné spomenúť ešte jedno zariadenie, ktoré funguje na základe Ampérových zákonov. Ampere ukázal, že súčasná cievka sa správa podobne permanentný magnet... To znamená, že môžete stavať elektromagnet- zariadenie, ktorého výkon je možné nastaviť (obr. 5).
Ryža. 5. Elektromagnet
Bol to Ampere, ktorý prišiel s myšlienkou, že kombináciou vodičov a magnetických šípok môžete vytvoriť zariadenie, ktoré prenáša informácie na diaľku.
Ryža. 6. Elektrický telegraf
Myšlienka telegrafu (obr. 6) vznikla hneď v prvých mesiacoch po objave elektromagnetizmu.
Elektromagnetický telegraf sa však rozšíril po tom, čo Samuel Morse vytvoril pohodlnejší prístroj a čo je najdôležitejšie, vyvinul binárnu abecedu pozostávajúcu z bodiek a čiarok, ktorá sa nazýva Morseova abeceda.
Z vysielacieho telegrafného aparátu pomocou Morseovho kľúča, ktorý sa zatvára elektrický obvod, sú v komunikačnom vedení generované krátke alebo dlhé elektrické signály zodpovedajúce bodkám alebo čiarkam Morseovej abecedy. Na prijímajúcom telegrafnom zariadení (písacie zariadenie) po dobu prechodu signálu (elektrický prúd) elektromagnet priťahuje kotvu, s ktorou je pevne spojené písacie kovové koliesko alebo pisár, ktoré na papieri zanechávajú atramentovú stopu pásku (obr. 7).
Ryža. 7. Schéma telegrafu
Matematik Gauss, keď sa zoznámil s Ampereho výskumom, navrhol vytvoriť originálne delo (obr. 8), fungujúce na princípe pôsobenia magnetického poľa na železnú guľu - projektil.
Ryža. 8. Gaussovo delo
Je potrebné dbať na to, ktoré historická éra tieto objavy boli urobené. V prvej polovici 19. storočia Európa napredovala na ceste priemyselnej revolúcie - bolo to plodné obdobie na objavy vedeckého výskumu a ich rýchle zavádzanie do praxe. Ampere nepochybne významne prispel k tomuto procesu a poskytol civilizačné elektromagnety, elektromotory a telegraf, ktoré sú dodnes široko používané.
Vyzdvihnime hlavné objavy Lorentza.
Lorentz zistil, že magnetické pole pôsobí na časticu, ktorá sa v ňom pohybuje, a núti ho pohybovať sa po kruhovom oblúku:
Lorentzova sila je dostredivá sila kolmá na smer rýchlosti. V prvom rade zákon, ktorý objavil Lorentz, umožňuje určiť takú dôležitú vlastnosť, ako je pomer náboja k hmotnosti - špecifický poplatok.
Špecifická hodnota náboja je hodnota, ktorá je jedinečná pre každú nabitú časticu, ktorá im umožňuje identifikovať ju, či už ide o elektrón, protón alebo akúkoľvek inú časticu. Vedci tak dostali účinný výskumný nástroj. Rutherford napríklad dokázal analyzovať rádioaktívne žiarenie a identifikovať jeho zložky, medzi ktorými sú alfa častice - jadro atómu hélia - a beta častice - elektróny.
V dvadsiatom storočí sa objavili urýchľovače, ktorých práca je založená na skutočnosti, že nabité častice sa urýchľujú v magnetickom poli. Magnetické pole ohýba trajektórie častíc (obr. 9). Smer ohybu bdenia umožňuje posúdiť znak časticového náboja; meraním polomeru trajektórie je možné určiť rýchlosť častice, ak je známa jej hmotnosť a náboj.
Ryža. 9. Zakrivenie trajektórie častíc v magnetickom poli
Na tomto princípe bol vyvinutý Large Hadron Collider (obr. 10). Vďaka objavom Lorentza dostala veda zásadne nový nástroj pre fyzický výskum, ktorý otvoril cestu do sveta elementárnych častíc.
Ryža. 10. Veľký hadrónový urýchľovač
Aby sa charakterizoval vplyv vedca na technický pokrok, pamätajte, že výraz pre Lorentzovu silu znamená možnosť výpočtu polomeru zakrivenia trajektórie častice, ktorá sa pohybuje v konštantnom magnetickom poli. Za konštantných vonkajších podmienok tento polomer závisí od hmotnosti častice, jej rýchlosti a náboja. Získame tak príležitosť klasifikovať nabité častice podľa týchto parametrov, a preto môžeme analyzovať akúkoľvek zmes. Ak je zmes látok v plynnom stave ionizovaná, rozptýlená a nasmerovaná do magnetického poľa, častice sa začnú pohybovať po kruhových oblúkoch s rôznym polomerom - častice opustia pole v rôznych bodoch a zostanú iba opravte tieto východiskové body, ktoré sa implementujú pomocou obrazovky pokrytej fosforom, ktorý svieti, keď na neho dopadnú nabité častice. Podľa tejto schémy to je hmotnostný analyzátor(obr. 11) . Hromadné analyzátory sa vo fyzike a chémii široko používajú na analýzu zloženia zmesí.
Ryža. 11. Hmotnostný analyzátor
To nie sú všetky technické zariadenia, ktoré fungujú na základe vývoja a objavov Ampere a Lorenza, pretože vedecké poznatky skôr alebo neskôr prestáva byť výhradným vlastníctvom vedcov a stáva sa majetkom civilizácie, pričom je stelesnený v rôznych technických zariadeniach, ktoré nám robia život pohodlnejším.
Bibliografia
- Kasyanov V.A., Fyzika 11. ročník: Učebnica. pre všeobecné vzdelávanie. inštitúcie. - 4. vydanie, Stereotyp. - M.: Drop, 2004- 416 s .: Ill., 8 s. farba vr.
- Gendenshtein L.E., Dick Yu.I., Physics 11. - M.: Mnemosyne.
- Tikhomirova S.A., Yarovsky B.M., Physics 11. - M.: Mnemosina.
- Internetový portál „Chip and Dip“ ().
- Internetový portál „Mestská knižnica v Kyjeve“ ().
- Internetový portál „Inštitút dištančného vzdelávania“ ().
Domáca úloha
1. Kasyanov VA, Fyzika 11. ročník: Učebnica. pre všeobecné vzdelávanie. inštitúcie. - 4. vydanie, Stereotyp. - M.: Drop, 2004- 416 s .: Ill., 8 s. farba vrátane čl. 88, c. 1-5.
2. Vo Wilsonovej komore, ktorá je umiestnená v rovnomernom magnetickom poli s indukciou 1,5 T, alfa častica letiaca kolmo na indukčné čiary zanecháva stopu vo forme oblúka kruhu s polomerom 2,7 cm Určte hybnosť a kinetickú energiu častice. Hmotnosť alfa častice je 6,7 × 10–27 kg a náplň je 3,2 × 10–19 ° C.
3. Hmotnostný spektrograf. Lúč iónov, zrýchlený rozdielom potenciálu 4 kV, letí do rovnomerného magnetického poľa s magnetickou indukciou 80 mT kolmou na čiary magnetickej indukcie. Lúč sa skladá z dvoch typov iónov s molekulovou hmotnosťou 0,02 kg / mol a 0,022 kg / mol. Všetky ióny majú náboj 1,6 × 10–19 ° C. Ióny vyletujú z poľa dvoma lúčmi (obr. 5). Zistite vzdialenosť medzi lúčmi iónov, ktoré sú emitované.
4. * Pomocou jednosmerného elektromotora dvíhajú bremeno na lane. Ak je elektromotor odpojený od zdroja napätia a rotor je skratovaný, zaťaženie sa zníži z konštantná rýchlosť... Vysvetlite tento jav. Akú formu má potenciálna energia záťaže?
Pôsobenie magnetického poľa na pohybujúce sa nabité častice je v technológii veľmi široko používané.
Napríklad vychýlenie elektrónového lúča v obrazovkových trubiciach televízorov sa vykonáva pomocou magnetického poľa, ktoré je vytvárané špeciálnymi cievkami. V mnohých elektronických zariadeniach sa na zaostrovanie lúčov nabitých častíc používa magnetické pole.
V aktuálne vytvorených experimentálnych inštaláciách na implementáciu riadenej termonukleárnej reakcie sa účinok magnetického poľa na plazmu používa na jej skrútenie do šnúry, ktorá sa nedotýka stien pracovnej komory. Pohyb nabitých častíc v kruhu v rovnomernom magnetickom poli a nezávislosť periódy takéhoto pohybu na rýchlosti častíc sa používajú v cyklických urýchľovačoch nabitých častíc - cyklotróny.
Pôsobenie Lorentzovej sily sa využíva aj v zariadeniach tzv hmotnostné spektrografy, ktoré sú navrhnuté tak, aby oddeľovali nabité častice podľa svojich špecifických nábojov.
Schematický diagram najjednoduchšieho hmotnostného spektrografu je znázornený na obrázku 1.
V komore 1, z ktorej je evakuovaný vzduch, je zdroj iónov 3. Komora je umiestnená v rovnomernom magnetickom poli, v ktorom každom bode je indukcia \ (~ \ vec B \) kolmá na rovinu kresby. a je namierené k nám (na obrázku 1 je toto pole označené kruhmi) ... Medzi elektródami A h B je aplikované zrýchľujúce napätie, pri pôsobení ktorého sa ióny unikajúce zo zdroja zrýchlia a určitou rýchlosťou vstupujú do magnetického poľa kolmého na indukčné čiary. Ióny sa pohybujúce v magnetickom poli po oblúku kruhu dopadajú na fotografickú dosku 2, čo umožňuje určiť polomer R. tento oblúk. Poznať magnetickú indukciu V. a rýchlosť υ ióny podľa vzorca
\ (~ \ frac q m = \ frac (v) (RB) \)
je možné určiť špecifický náboj iónov. A ak je náboj iónu známy, môžete vypočítať jeho hmotnosť.
Literatúra
Aksenovich L.A. Fyzika v stredná škola: Teória. Úlohy. Testy: Učebnica. príspevok pre inštitúcie poskytujúce príjem obs. prostredia, vzdelávanie / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Minsk: Adukatsya i vyhavanne, 2004- S. 328.
