Lorentz kuvvetinin maksimum değeri vardır. Lorentz kuvveti nedir, bu kuvvetin büyüklüğü ve yönleri nelerdir?

Dışarıdan etki eden kuvvet manyetik alan hareket eden elektrik yüklü bir parçacık üzerinde

burada q parçacık yüküdür;

V, ücret oranıdır;

a, yük hızı vektörü ile manyetik indüksiyon vektörü arasındaki açıdır.

Lorentz kuvvetinin yönü belirlenir. sol el kuralına göre:

Sol elinizi, hıza dik indüksiyon vektörünün bileşeni avuç içine girecek şekilde koyarsanız ve dört parmak pozitif yükün hızı yönünde (veya hızın yönünün tersi) yer alacaktır. negatif yük), sonra bükülmüş baş parmak Lorentz kuvvetinin yönünü gösterecektir:

Lorentz kuvveti her zaman yükün hızına dik olduğundan, iş yapmaz (yani, yükün hızının büyüklüğünü ve yükünü değiştirmez). kinetik enerji).

Yüklü bir parçacık manyetik alanın kuvvet çizgilerine paralel hareket ederse, o zaman Fl = 0 olur ve manyetik alandaki yük düzgün ve doğrusal hareket eder.

Yüklü bir parçacık manyetik alanın kuvvet çizgilerine dik hareket ederse, Lorentz kuvveti merkezcildir:

ve yaratır merkezcil ivme eşit:

Bu durumda, parçacık bir daire içinde hareket eder.

Newton'un ikinci yasasına göre: Lorentz kuvveti, parçacık kütlesinin merkezcil ivme ile çarpımına eşittir:

o zaman dairenin yarıçapı:

ve bir manyetik alandaki şarj devri periyodu:

Elektrik akımı yüklerin düzenli bir hareketi olduğundan, manyetik alanın akımı olan bir iletken üzerindeki etkisi, ayrı hareketli yükler üzerindeki etkisinin sonucudur. Akımı olan bir iletkeni manyetik alana sokarsak (Şekil 96, a), o zaman mıknatısın ve iletkenin manyetik alanlarının eklenmesinin bir sonucu olarak, ortaya çıkan manyetik alanın birinde artacağını göreceğiz. (yukarıdaki çizimde) ve diğer iletkendeki manyetik alanı zayıflatın (aşağıdaki çizimde). İki manyetik alanın etkisinin bir sonucu olarak, manyetik çizgilerin eğriliği meydana gelecek ve daralmaya çalışarak iletkeni aşağı doğru iteceklerdir (Şekil 96, b).

Manyetik alan içinde akım olan bir iletkene etkiyen kuvvetin yönü "sol el kuralı" ile belirlenebilir. Sol el, Kuzey Kutbu'ndan çıkan manyetik çizgiler avuç içine giriyormuş gibi görünecek şekilde bir manyetik alana yerleştirilirse ve uzatılmış dört parmak iletkendeki akımın yönü ile çakışırsa, elin bükülü baş parmağı kuvvetin yönünü gösterir. İletkenin uzunluğu elemanına etki eden Amper kuvveti şunlara bağlıdır: B manyetik indüksiyonunun büyüklüğüne, I iletkenindeki akımın değerine, iletkenin uzunluğunun elemanına ve iletkenin sinüsüne. İletkenin uzunluğunun elemanının yönü ile manyetik alanın yönü arasındaki a açısı.

Bu bağımlılık şu formülle ifade edilebilir:

Düzgün bir manyetik alanın yönüne dik yerleştirilmiş sonlu uzunluktaki düz bir iletken için, iletkene etki eden kuvvet:

Son formülden manyetik indüksiyonun boyutunu belirleriz.

Kuvvet boyutundan beri:

yani, tümevarım boyutu, tarafımızca Biot ve Savard yasasından elde edilenle aynıdır.

Tesla (manyetik indüksiyon birimi)

Tesla, manyetik indüksiyon birimi Uluslararası Birimler Sistemi, eşit manyetik indüksiyon, 1 alana sahip bir kesitten geçen manyetik akının m 2 eşittir 1 weber. N.'nin adını almıştır. Tesla. efsane: Rus tl, uluslararası T. 1 tl = 104 rs(gauss).

manyetik moment, manyetik dipol momenti Ana miktar karakterize ediyor mu? manyetik özellikler maddeler. Manyetik moment A⋅m 2 veya J / T (SI) veya erg / G (CGS), 1 erg / G = 10 -3 J / T cinsinden ölçülür. Temel manyetik momentin özel birimi Bohr magnetonudur. Elektrik akımı olan düz bir devre durumunda, manyetik moment şu şekilde hesaplanır:

nerede - amper konturda, konturun alanıdır, kontur düzleminin birim normal vektörüdür. Manyetik momentin yönü genellikle yalpalama kuralına göre bulunur: gimbal kolunu akım yönünde döndürürseniz, manyetik momentin yönü gimbalin öteleme hareketinin yönü ile çakışacaktır.

Rastgele bir kapalı döngü için, manyetik moment şuradan bulunur:

orijinden kontur uzunluk elemanına çizilen yarıçap vektörü nerede

Ortamdaki keyfi bir akım dağılımının genel durumunda:

hacim elemanındaki akım yoğunluğu nerede.

Bu nedenle, manyetik alanda akım olan bir devreye bir tork etki eder. Kontur, alanın belirli bir noktasında yalnızca tek bir şekilde yönlendirilir. Verilen bir noktadaki manyetik alanın yönü olarak normalin pozitif yönünü alalım. Tork, akımın büyüklüğü ile doğru orantılıdır. Bence, kontur alanı S ve manyetik alanın yönü ile normal arasındaki açının sinüsü.

burada m - tork , veya güç anı , - manyetik an devre (benzer şekilde - dipolün elektrik momenti).

Homojen olmayan bir alanda (), formül şu durumlarda geçerlidir: konturun boyutu yeterince küçük(o zaman alan, kontur içinde yaklaşık olarak üniform olarak kabul edilebilir). Sonuç olarak, akımlı devre hala dönme eğilimindedir, böylece manyetik momenti vektörün çizgileri boyunca yönlendirilir.

Ancak, ek olarak, ortaya çıkan kuvvet devreye etki eder (üniform bir alan durumunda ve. Bu kuvvet, bir akım olan bir devre veya bir moment ile kalıcı bir mıknatıs üzerinde hareket eder ve onları daha güçlü bir manyetik alan bölgesine çeker. .
Manyetik alanda akım olan bir devreyi hareket ettirmeye çalışın.

Manyetik alanda akım bulunan bir devreyi hareket ettirme işinin şuna eşit olduğunu kanıtlamak zor değildir. , son ve ilk konumlarda kontur alanı boyunca manyetik akılar nerede ve nelerdir. Bu formül şu durumlarda geçerlidir: döngü akımı sabittir, yani konturu hareket ettirirken fenomen dikkate alınmaz elektromanyetik indüksiyon.

Formül aynı zamanda güçlü bir şekilde homojen olmayan bir manyetik alandaki büyük konturlar için de geçerlidir. ben = yapı).

Son olarak, akımlı devre yer değiştirmezse, ancak manyetik alan değişirse, yani. kontur tarafından kapsanan yüzey boyunca manyetik akıyı değerinden değerine değiştirin, o zaman bunun için aynı işi yapmanız gerekir ... Bu işe devre ile ilgili manyetik akıyı değiştirme işi denir. Manyetik indüksiyon vektörünün akısı (manyetik akı) platform aracılığıyla dS'ye skaler denir fiziksel miktar hangisi eşittir

burada B n = Вcosα vektörün izdüşümüdür V sitenin normalinin yönüne dS (α, vektörler arasındaki açıdır n ve V), D S= dS n Modülü dS olan ve yönü normalin yönü ile çakışan bir vektördür. n Siteye. vektör akışı V cosα'nın işaretine bağlı olarak pozitif veya negatif olabilir (normalin pozitif yönü seçilerek verilir). n). vektör akışı V genellikle akımın aktığı devre ile ilişkilidir. Bu durumda, kontura normalin pozitif yönünü belirledik: sağ vida kuralı ile akımla ilişkilendirilir. Bu, kendi sınırladığı yüzey boyunca kontur tarafından oluşturulan manyetik akının her zaman pozitif olduğu anlamına gelir.

Manyetik indüksiyon vektörü Ф B'nin rastgele belirlenmiş bir S yüzeyinden akışı, şuna eşittir:

(2)

Düzgün bir alan ve vektöre dik olan düz bir yüzey için V, B n = B = sabit ve

Bu formülden, manyetik akı birimi belirlenir. weber(Wb): 1 Wb - 1 m2 alana sahip düz bir yüzeyden geçen, düzgün manyetik alana dik yerleştirilmiş ve indüksiyonu 1 T (1 Wb = 1 T m2) olan manyetik akı.

B alanı için Gauss teoremi: manyetik indüksiyon vektörünün herhangi bir kapalı yüzeyden akışı sıfırdır:

(3)

Bu teorem şu gerçeğin bir yansımasıdır: manyetik yük yok, bunun sonucunda manyetik indüksiyon hatlarının başlangıcı veya sonu yoktur ve kapalıdır.

Bu nedenle, vektör akışları için V ve E girdap ve potansiyel alanlarında kapalı bir yüzeyden farklı formüller elde edilir.

Örnek olarak, vektörün akışını bulalım. V solenoid aracılığıyla. Manyetik geçirgenliği μ olan bir çekirdeğe sahip bir solenoid içindeki düzgün bir alanın manyetik indüksiyonu eşittir

S alanı ile solenoidin bir dönüşünden geçen manyetik akı, şuna eşittir:

ve solenoidin tüm dönüşlerine bağlanan ve adı verilen toplam manyetik akı akı bağlantısı,

MAKALE

"Fizik" konusunda
Konu: "Lorentz Kuvvetinin Uygulanması"

Tamamlayan: T-10915 Logunova M.V. grubunun öğrencisi

Öğretmen Vorontsov B.S.

2016

Tanıtım. 3

1. Lorentz kuvvetinin kullanılması. 4

.. 4

1.2 Kütle spektrometrisi. 6

1.3 MHD üreteci. 7

1.4 Siklotron. 8

Çözüm. on bir

Kullanılmış literatür listesi .. 13

Tanıtım

Lorentz kuvveti- klasik (kuantum olmayan) elektrodinamiğe göre elektromanyetik alanın nokta yüklü parçacık üzerinde etki ettiği kuvvet. Bazen Lorentz kuvveti, hızla hareket eden bir kişiye etki eden kuvvet olarak adlandırılır. υ şarj etmek Q sadece manyetik alanın yanından, genellikle tam güç - yandan elektromanyetik alan genel olarak, başka bir deyişle, elektrik tarafında E ve manyetik B alanlar.

Uluslararası Birimler Sisteminde (SI) şu şekilde ifade edilir:

F L = Q υ B günah α

Adını, bu kuvvetin ifadesini 1892'de türetilen Hollandalı fizikçi Hendrik Lorenz'den almıştır. Lorenz'den üç yıl önce, doğru ifade O. Heaviside tarafından bulundu.

Lorentz kuvvetinin makroskopik bir tezahürü Amper kuvvetidir.

Lorentz kuvvetinin kullanılması

Manyetik alanın hareketli yüklü parçacıklar üzerine uyguladığı etki, teknolojide çok yaygın olarak kullanılmaktadır.

Lorentz kuvvetinin ana uygulaması (daha doğrusu özel durumu - Amper kuvveti) elektrik makineleridir (elektrik motorları ve jeneratörler). Lorentz kuvveti, elektronik cihazlarda, örneğin televizyonda, yüklü parçacıklar (elektronlar ve bazen iyonlar) üzerinde hareket etmek için yaygın olarak kullanılır. Katot ışını tüpleri , v kütle spektrometrisi ve MHD jeneratörleri.

Ayrıca, kontrollü bir termonükleer reaksiyonun uygulanması için şu anda oluşturulan deneysel tesislerde, bir manyetik alanın bir plazma üzerindeki etkisi, onu çalışma odasının duvarlarına dokunmayan bir kabloya bükmek için kullanılır. Yüklü parçacıkların düzgün bir manyetik alanda bir daire içinde hareketi ve bu hareket süresinin parçacık hızından bağımsızlığı, yüklü parçacıkların döngüsel hızlandırıcılarında kullanılır - siklotronlar.

1. 1. Elektron ışını cihazları

Elektron ışını cihazları (EBD), hem yoğunluk (akım) hem de uzaydaki konum olarak kontrol edilen tek bir ışın veya bir ışın demeti şeklinde konsantre bir elektron akışı kullanan ve etkileşime giren bir vakum elektronik cihazları sınıfıdır. cihazın sabit bir uzaysal hedefi (ekranı). ELP'nin ana uygulama alanı, optik bilginin elektrik sinyallerine dönüştürülmesi ve elektrik sinyalinin optik olarak tersine çevrilmesidir - örneğin, görünür bir televizyon görüntüsüne.

Katot ışını cihazları sınıfı, X-ışını tüplerini, fotoselleri, foto çoğaltıcıları, gaz deşarj cihazlarını (dekatronlar) ve alıcı-güçlendirici elektronik lambaları (ışın tetrodları, vakum göstergeleri, ikincil emisyonlu lambalar ve benzerleri) içermez. akımların ışın formu.

Bir elektron ışını cihazı en az üç ana bölümden oluşur:

· Bir elektron ışıldak (tabanca) bir elektron ışını (veya bir ışın demeti, örneğin renkli bir resim tüpünde üç ışın demeti) oluşturur ve yoğunluğunu (akım) kontrol eder;

· Saptırma sistemi, ışının uzaysal konumunu kontrol eder (ışık ekseninden sapması);

· Alıcı ELP'nin hedefi (ekranı), ışının enerjisini görünür görüntünün ışık akısına dönüştürür; ELP'yi ileten veya depolayan bir hedef, bir tarama elektron ışını tarafından okunan bir uzaysal potansiyel rahatlama biriktirir

Pirinç. 1 CRT cihazı

Cihazın genel prensipleri.

CRT silindirinde derin bir vakum oluşturulur. Elektron ışını oluşturmak için elektron tabancası adı verilen bir cihaz kullanılır. Filament tarafından ısıtılan katot elektron yayar. Kontrol elektrotundaki (modülatör) voltajı değiştirerek, elektron ışınının yoğunluğunu ve buna bağlı olarak görüntünün parlaklığını değiştirebilirsiniz. Tabancadan ayrıldıktan sonra elektronlar anot tarafından hızlandırılır. Işın daha sonra ışının yönünü değiştirebilen bir saptırma sisteminden geçer. Televizyon CRT'lerinde, büyük sapma açıları sağlamak için bir manyetik sapma sistemi kullanılır. Osiloskop CRT'leri, daha hızlı tepki süreleri için bir elektrostatik sapma sistemi kullanır. Elektron ışını fosfor kaplı ekrana çarpar. Elektron bombardımanından fosfor parlar ve hızla hareket eden değişken parlaklıkta bir nokta ekranda bir görüntü oluşturur.

1.2 Kütle spektrometrisi

Pirinç. 2

Lorentz kuvvetinin etkisi, yüklü parçacıkları belirli yüklerine göre ayırmak için tasarlanmış kütle spektrografları adı verilen cihazlarda da kullanılır.

Kütle spektrometrisi(kütle spektroskopisi, kütle spektrografisi, kütle spektral analizi, kütle spektrometrik analizi) - ilgili numune bileşenlerinin iyonlaşmasıyla oluşan iyonların kütlesinin yüke oranının belirlenmesine dayanan bir maddeyi incelemek için bir yöntem. Kantitatif belirlemeye de izin veren, maddelerin kalitatif tanımlamasının en güçlü yöntemlerinden biri. Kütle spektrometrisinin bir numunedeki moleküllerin "tartılması" olduğunu söyleyebiliriz.

En basit kütle spektrografının bir diyagramı Şekil 2'de gösterilmiştir.

Havanın tahliye edildiği oda 1'de bir iyon kaynağı 3 vardır. Oda, her noktasında B⃗ B → indüksiyonunun çizim düzlemine dik olduğu ve bize doğru yönlendirildiği düzgün bir manyetik alana yerleştirilmiştir. (Şekil 1'de bu alan dairelerle gösterilmiştir). A ve B elektrotları arasında, kaynaktan kaçan iyonların hızlandırıldığı ve belirli bir hızda indüksiyon hatlarına dik manyetik alana girdiği bir hızlandırıcı voltaj uygulanır. Bir dairenin yayı boyunca bir manyetik alanda hareket eden iyonlar, bu yayın yarıçapını R belirlemeyi mümkün kılan fotoğraf plakası 2'ye düşer. Formüle göre B manyetik alanının indüksiyonunu ve iyonların hızı υ'yi bilmek

iyonların özgül yükü belirlenebilir. Ve eğer iyonun yükü biliniyorsa kütlesini hesaplayabilirsiniz.

Kütle spektrometrisinin tarihi, 20. yüzyılın başında J.J. Thomson'ın temel deneylerine kadar uzanır. Yöntemin adının sonundaki "-metri", yüklü parçacıkların fotoğrafik plakalar kullanılarak saptanmasından yaygın geçişten sonra ortaya çıktı. elektriksel ölçümler iyonik akımlar.

Kütle spektrometrisi, özellikle kütle analizinde yaygın olarak kullanılmaktadır. organik maddeçünkü hem nispeten basit hem de karmaşık moleküllerin güvenilir bir şekilde tanımlanmasını sağlar. Tek genel gereklilik, molekülün iyonlaşabilir olmasıdır. Ancak, şimdiye kadar icat edildi

Numune bileşenlerini iyonize etmenin o kadar çok yolu vardır ki, kütle spektrometrisi neredeyse her şeyi kapsayan bir yöntem olarak kabul edilebilir.

1.3 MHD üreteci

Bir manyetohidrodinamik jeneratör, bir MHD jeneratörü, manyetik bir alanda hareket eden bir çalışma sıvısının (sıvı veya gazlı elektriksel olarak iletken ortam) enerjisinin doğrudan elektrik enerjisine dönüştürüldüğü bir enerji santralidir.

Geleneksel bir makine jeneratörü gibi bir MHD jeneratörünün çalışma prensibi, elektromanyetik indüksiyon olgusuna, yani bir iletken geçişinde bir akımın oluşmasına dayanır. kuvvet hatları manyetik alan. Makine jeneratörlerinin aksine, çalışma sıvısının kendisi MHD jeneratöründeki iletkendir.

Çalışma gövdesi manyetik alan boyunca hareket eder ve manyetik alanın etkisi altında, zıt işaretli yük taşıyıcılarının zıt yönlü akışları ortaya çıkar.

Yüklü parçacık üzerine Lorentz kuvveti etki eder.

Aşağıdaki ortam, MHD oluşturucunun çalışma sıvısı olarak işlev görebilir:

· Elektrolitler;

· Sıvı metaller;

· Plazma (iyonize gaz).

İlk MHD jeneratörleri, çalışma ortamı olarak iletken sıvılar (elektrolitler) kullandı. Şu anda, yük taşıyıcılarının esas olarak serbest elektronlar ve pozitif iyonlar olduğu plazma kullanılmaktadır. Bir manyetik alanın etkisi altında, yük taşıyıcıları, bir alanın yokluğunda gazın hareket edeceği yörüngeden sapar. Bu durumda, güçlü bir manyetik alanda, bir Hall alanı ortaya çıkabilir (bkz. Hall etkisi) - manyetik alana dik bir düzlemde yüklü parçacıkların çarpışmaları ve yer değiştirmeleri sonucu oluşan bir elektrik alanı.

1.4 Siklotron

Bir siklotron, parçacıkların sabit ve düzgün bir manyetik alanda hareket ettiği ve onları hızlandırmak için yüksek frekanslı sabit frekanslı bir elektrik alanının kullanıldığı, göreceli olmayan ağır yüklü parçacıkların (protonlar, iyonlar) rezonans döngüsel hızlandırıcısıdır.

Siklotron cihazının şeması, Şekil 3'te gösterilmiştir. Ağır yüklü parçacıklar (protonlar, iyonlar) odanın merkezine yakın bir enjektörden odaya girer ve hızlandırıcı elektrotlara uygulanan sabit frekanslı alternatif bir alan tarafından hızlandırılır (bunlardan ikisi vardır ve bunlara dee denir). Ze yüklü parçacıklar ve kütle m olan parçacıklar, bir çözülen spiral boyunca parçacıkların hareket düzlemine dik olarak yönlendirilen, B kuvvetine sahip sabit bir manyetik alan içinde hareket eder. Hızı v olan bir parçacığın yörüngesinin yarıçapı R, formülle belirlenir.

burada γ = -1/2 göreceli faktördür.

Sabit ve düzgün bir manyetik alandaki göreli olmayan (γ ≈ 1) parçacık için bir siklotronda, yörünge yarıçapı hız (1) ile orantılıdır ve göreli olmayan parçacığın dönüş frekansı (siklotron frekansı parçacığa bağlı değildir) enerji

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

Delikler arasındaki boşlukta, parçacıklar darbeli bir elektrik alanı tarafından hızlandırılır (içi boş metal boşlukların içinde elektrik alanı yoktur). Sonuç olarak, yörüngenin enerjisi ve yarıçapı artar. Her devirde elektrik alan ivmesini tekrarlayarak, yörüngenin enerjisi ve yarıçapı maksimuma getirilir. kabul edilebilir değerler... Bu durumda parçacıklar v = ZeBR / m hızına ve buna karşılık gelen enerjiye sahip olurlar:

Spiralin son dönüşünde, ışını dışa doğru çeken saptırıcı bir elektrik alanı açılır. Manyetik alanın sabitliği ve hızlanan alanın frekansı, sürekli bir hızlanma modunu mümkün kılar. Bazı parçacıklar spiralin dış dönüşleri boyunca hareket ederken, diğerleri yolun ortasındadır ve yine de diğerleri yeni hareket etmeye başlamaktadır.

Siklotronun dezavantajı, parçacıkların esasen göreli olmayan enerjilerinin sınırlandırılmasıdır, çünkü çok büyük göreli düzeltmeler (birlikten γ sapmaları) bile farklı döngülerdeki ivme senkronizasyonunu ihlal eder ve önemli ölçüde artan enerjilere sahip parçacıkların artık kendilerini bulmak için zamanları yoktur. hızlanma için gerekli olan elektrik alanın fazındaki dees arasındaki boşlukta ... Geleneksel siklotronlarda protonlar 20-25 MeV'ye kadar hızlandırılabilir.

Ağır parçacıkları sarmal bir spiral modunda onlarca kat daha yüksek (1000 MeV'ye kadar) enerjilere kadar hızlandırmak için, siklotronun bir modifikasyonu kullanılır. eş zamanlı bir (göreceli) siklotron ve ayrıca bir fazotron. Eşzamanlı siklotronlarda göreli etkiler, manyetik alandaki radyal bir artışla telafi edilir.

Çözüm

Gizli metin

Yazılı sonuç (birinci bölümün tüm alt maddeleri için en temel - eylem ilkeleri, tanımlar)

kullanılmış literatür listesi

1. Wikipedia [Elektronik kaynak]: Lorentz'in Gücü. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Lorentz_Power

2. Wikipedia [Elektronik kaynak]: Manyetohidrodinamik jeneratör. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Magnetohydrodynamic_generator

3. Wikipedia [Elektronik kaynak]: Elektron ışını cihazları. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Electron-beam_devices

4. Wikipedia [Elektronik kaynak]: Kütle spektrometrisi. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Kütle Spektrometrisi

5. Nükleer Fizikİnternette [Elektronik kaynak]: Cyclotron. URL: http://nuclphys.sinp.msu.ru/experiment/accelerators/ciclotron.htm

6. Elektronik fizik ders kitabı [Elektronik kaynak]: T. Lorentz kuvvetinin uygulanması // URL: http://www.physbook.ru/index.php/ T._Lorentz_force Uygulaması

7. Akademisyen [Elektronik kaynak]: Manyetohidrodinamik jeneratör // URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/

© 2015-2019 sitesi
Tüm hakları yazarlarına aittir. Bu site yazarlık iddiasında bulunmaz, ancak ücretsiz kullanım sağlar.
Sayfanın oluşturulduğu tarih: 2017-03-31

amper kuvvetiΔ uzunluğundaki bir iletken parçasına etki eden ben amper ile Bence manyetik alanda B,

Amper kuvvetinin ifadesi şu şekilde yazılabilir:

Bu güce denir Lorentz kuvveti tarafından ... Bu ifadedeki α açısı açıya eşit hız ile arasında manyetik indüksiyon vektörü Pozitif yüklü bir parçacığa etki eden Lorentz kuvvetinin yönü ve ayrıca Amper kuvvetinin yönü şuradan bulunabilir: sol el kuralı veya tarafından gimlet kuralı... Vektörlerin karşılıklı düzenlenmesi ve pozitif yüklü bir parçacık için Şekil 2'de gösterilmiştir. 1.18.1.

Şekil 1.18.1.

Vektörlerin göreceli konumu ve Lorentz kuvvet modülü, vektörler üzerine inşa edilen paralelkenarın alanına sayısal olarak eşittir ve yük ile çarpılır. Q

Lorentz kuvveti vektörlere dik olarak yönlendirilir ve

Yüklü bir parçacık manyetik alanda hareket ettiğinde Lorentz kuvveti iş yapmaz. Bu nedenle, parçacık hareket ettiğinde hız vektörünün modülü değişmez.

Yüklü bir parçacık, Lorentz kuvvetinin etkisi altında düzgün bir manyetik alanda hareket ediyorsa ve hızı vektöre dik bir düzlemde bulunuyorsa, parçacık yarıçaplı bir daire boyunca hareket edecektir.

Düzgün bir manyetik alanda bir parçacığın dönüş periyodu,

aranan siklotron frekansı ... Siklotron frekansı parçacığın hızına (dolayısıyla kinetik enerjisine) bağlı değildir. Bu durum kullanılan siklotronlar - ağır parçacıkların hızlandırıcıları (protonlar, iyonlar). Siklotronun şematik diyagramı Şek. 1.18.3.

Güçlü bir elektromıknatısın kutupları arasına, içi boş metal yarım silindirler şeklinde iki elektrot bulunan bir vakum odası yerleştirilir ( dee ). Deelere alternatif bir elektrik voltajı uygulanır, frekansı siklotron frekansına eşit olan... Yüklü parçacıklar, vakum odasının merkezine enjekte edilir. Parçacıklar, dees arasındaki bir elektrik alanı tarafından hızlandırılır. Dees içinde parçacıklar, Lorentz kuvvetinin etkisi altında, parçacıkların enerjisi arttıkça yarıçapı artan yarım daireler boyunca hareket eder. Parçacıklar arasındaki boşluktan her geçtiğinde, bir elektrik alanı tarafından hızlandırılır. Böylece, bir siklotronda, diğer tüm hızlandırıcılarda olduğu gibi, yüklü bir parçacık bir elektrik alanı tarafından hızlandırılır ve bir manyetik alan tarafından bir yörüngede tutulur. Siklotronlar, protonların 20 MeV mertebesindeki enerjilere hızlandırılmasına izin verir.

Homojen manyetik alanlar birçok cihazda ve özellikle kütle spektrometreleri - yüklü parçacıkların kütlelerini ölçebileceğiniz cihazlar - çeşitli atomların iyonları veya çekirdekleri. Kütle spektrometreleri ayırmak için kullanılır izotoplar yani aynı yüke sahip atomların çekirdekleri, ancak farklı kitleler(örneğin, 20 Ne ve 22 Ne). En basit kütle spektrometresi Şek. 1.18.4. Kaynaktan dışarı uçan iyonlar S, dar bir kiriş oluşturan birkaç küçük delikten geçirin. Sonra içine düşerler hız seçici parçacıkların içinde hareket ettiği çapraz homojen elektrik ve manyetik alanlar... Düz bir kapasitörün plakaları arasında bir elektrik alanı oluşturulur, bir elektromıknatısın kutupları arasındaki boşlukta bir manyetik alan oluşturulur. Yüklü parçacıkların başlangıç hızı vektörlere dik olarak yönlendirilir ve

Çapraz elektrik ve manyetik alanlarda hareket eden bir parçacık üzerine bir elektrik kuvveti etki eder ve Lorentz manyetik kuvveti... Tedarik edilen E = υ B bu kuvvetler tam olarak birbirini dengeler. Bu koşul karşılanırsa, parçacık düzgün ve doğrusal hareket edecek ve kapasitörden geçerek ekrandaki delikten geçecektir. Elektrik ve manyetik alanların verilen değerleri için seçici, υ = hızıyla hareket eden parçacıkları seçecektir. E / B.

Daha sonra aynı hıza sahip parçacıklar, homojen bir manyetik alanın oluşturulduğu kütle spektrometre odasına girerler.Parçacıklar, Lorentz kuvvetinin etkisi altında manyetik alana dik bir düzlemde oda içinde hareket eder. Parçacık yörüngeleri yarıçap daireleridir r = mυ / qB"... Bilinen υ değerlerinde yörüngelerin yarıçaplarını ölçmek ve B " tavrı tanımlayabilirsin Q / m... İzotop durumunda ( Q 1 = Q 2) kütle spektrometresi, farklı kütlelere sahip parçacıkları ayırmanıza olanak tanır.

Modern kütle spektrometreleri, yüklü parçacıkların kütlelerini 10-4'ten daha iyi bir doğrulukla ölçmeyi mümkün kılar.

Parçacık hızının manyetik alan yönü boyunca bir bileşeni varsa, böyle bir parçacık bir spiral içinde düzgün bir manyetik alan içinde hareket edecektir. Bu durumda, spiralin yarıçapı r manyetik alana ve spiralin adımına dik olan vektör bileşeninin υ ┴ modülüne bağlıdır P- boyuna bileşenin modülünden υ || (şekil 1.18.5).

Böylece, yüklü bir parçacığın yörüngesi, manyetik indüksiyon hattı üzerinde olduğu gibi rüzgarlar. Bu fenomen teknolojide kullanılmaktadır. yüksek sıcaklıklı plazmanın manyetik ısı yalıtımı, yani, 106 K mertebesinde bir sıcaklıkta tamamen iyonize bir gaz. Bu durumdaki madde, kontrollü termonükleer reaksiyonların çalışmasında "Tokamak" tipi tesislerde elde edilir. Plazma, odanın duvarlarıyla temas etmemelidir. Isı yalıtımı, özel bir manyetik alan konfigürasyonu yaratılarak elde edilir. Örnek olarak, Şekil. 1.18.6, yüklü bir parçacığın yörüngesini gösterir. manyetik şişe(veya tuzak ).

Benzer bir fenomen, tüm canlıları uzaydan gelen yüklü parçacıkların akışlarından koruyan Dünya'nın manyetik alanında meydana gelir. Uzaydan (esas olarak Güneş'ten) gelen hızlı yüklü parçacıklar, Dünya'nın manyetik alanı tarafından "yakalanır" ve sözde radyasyon kemerleri (Şekil 1.18.7), manyetik tuzaklarda olduğu gibi parçacıkların, kuzey ve güney manyetik kutuplar arasındaki spiral yörüngeler boyunca bir saniyenin bir kesri mertebesinde ileri ve geri hareket ettiği. Sadece kutup bölgelerinde, parçacıkların bir kısmı üst atmosferi işgal ederek auroralara neden olur. Dünya'nın radyasyon kuşakları, 500 km'lik mesafelerden onlarca Dünya yarıçapına kadar uzanır. Dünyanın güney manyetik kutbunun coğrafi kuzey kutbunun yakınında (Grönland'ın kuzeybatısında) bulunduğu unutulmamalıdır. Karasal manyetizmanın doğası henüz çalışılmamıştır.

Kontrol soruları

1. Oersted ve Ampere deneylerini açıklayınız.

2.Manyetik alanın kaynağı nedir?

3. Ampere'nin kalıcı bir mıknatısın manyetik alanının varlığını açıklayan hipotezi nedir?

4. Manyetik alan ile elektrik alan arasındaki temel fark nedir?

5.Manyetik indüksiyon vektörünün tanımını formüle edin.

6. Manyetik alana neden girdap denir?

7. Yasaları formüle edin:

A) Amper;

B) Bio-Savar-Laplace.

8. İleri akım alanının manyetik indüksiyon vektörünün mutlak değeri nedir?

9. Uluslararası Birimler Sisteminde amper (amper) biriminin tanımını formüle edin.

10. Değeri ifade eden formülleri yazın:

A) manyetik indüksiyon vektörünün modülü;

B) Amper kuvvetleri;

C) Lorentz kuvvetleri;

D) parçacığın düzgün bir manyetik alanda dönme periyodu;

D) yüklü bir parçacık bir manyetik alanda hareket ettiğinde bir dairenin eğrilik yarıçapı;

Kendi kendine kontrol testi

Oersted deneyinde ne gözlemlendi?

1) İki paralel iletkenin akımla etkileşimi.

2) İki manyetik okun etkileşimi

3) Manyetik iğneyi iletken üzerinden akım geçirirken iletkene yaklaştırmak.

4) Oluşum elektrik akımı Mıknatıs içine yerleştirildiğinde bobinde.

İki paralel iletken, içinden aynı yönde akım geçerse nasıl etkileşir?

çekici;

püskürtüldü;

Kuvvet ve kuvvetlerin momenti sıfıra eşittir.

Kuvvet sıfırdır, ancak tork sıfır değildir.

Amper kuvvetinin modülünün ifadesini hangi formül belirler?

Lorentz kuvvetinin modülünün ifadesini hangi formül belirler?

0,6 N; 2) 1H; 3) 1.4N; 4) 2,4 N.

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

V hızına sahip bir elektron, manyetik çizgilere dik bir indüksiyon modülü B olan bir manyetik alana uçar. Hangi ifade elektronun yörüngesinin yarıçapına karşılık gelir?

Cevap 1)
2)

4)

8. Bir siklotronda yüklü bir parçacığın devir periyodu, hızında 2 kat artışla nasıl değişecek? (V<< c).

1) 2 kat artacak; 2) 2 kat artacak;

3) 16 kat artacak; 4) Değişmez.

9. Yarıçapı R olan dairesel bir akımın merkezinde oluşturulan bir manyetik alanın indüksiyon modülünü hangi formül belirler?

1)
2)
3)
4)

10. Bobindeki akım, Bence... Bobin uzunluğunun ortasındaki manyetik alan modülü ile formüllerden hangisi belirlenir? ben dönüş sayısı N ile?

1)
2)
3)
4)

Laboratuvar çalışması No.

Dünyanın manyetik alanının indüksiyonunun yatay bileşeninin belirlenmesi.

Laboratuvar çalışması için kısa teori.

Bir manyetik alan, sözde manyetik etkileşimleri ileten bir malzeme ortamıdır. Bir manyetik alan, bir elektromanyetik alanın tezahür biçimlerinden biridir.

Manyetik alan kaynakları hareketli elektrik yükleri, akımlı iletkenler ve alternatif elektrik alanlarıdır. Hareketli yükler (akımlar) tarafından oluşturulan manyetik alan ise yalnızca hareketli yüklere (akımlar) etki eder, ancak sabit yükler üzerinde hiçbir etkisi yoktur.

Manyetik alanın ana özelliği manyetik indüksiyon vektörüdür. :

Manyetik indüksiyon vektörünün modülü, içinden bir birim kuvvet akımının geçtiği birim uzunluktaki bir iletken üzerinde manyetik alan tarafından etki eden maksimum kuvvete sayısal olarak eşittir. Vektör kuvvet vektörü ve akım yönü ile bir sağ üçlü oluşturur. Bu nedenle, manyetik indüksiyon, manyetik alanın güç özelliğidir.

Manyetik indüksiyonun SI birimi Tesla'dır (T).

Manyetik alanın kuvvet çizgilerine, her noktasında teğetlerin manyetik indüksiyon vektörünün yönü ile çakıştığı hayali çizgiler denir. Manyetik kuvvet çizgileri her zaman kapalıdır, asla kesişmez.

Ampere yasası, akım taşıyan bir iletken üzerindeki manyetik alanın kuvvetli etkisini belirler.

İndüksiyonlu bir manyetik alanda ise akımı olan bir iletken yerleştirilir, ardından her akıma yönelik eleman üzerine İletken, oran tarafından belirlenen Amper kuvveti hareket eder

Amper kuvvetinin yönü vektör ürününün yönü ile çakışmaktadır.
, şunlar. vektörlerin bulunduğu düzleme diktir ve (şekil 1).

Pirinç. 1. Amper kuvvetinin yönünü belirlemek için

Eğer dik , daha sonra Ampere kuvvetinin yönü sol elin kuralına göre belirlenebilir: dört uzanmış parmağı akım boyunca yönlendirin, avuç içini kuvvet çizgilerine dik yerleştirin, ardından başparmak Amper kuvvetinin yönünü gösterecektir. Ampere yasası, manyetik indüksiyonun tanımının temelidir, yani. ilişki (1), skaler biçimde yazılmış formül (2)'den gelir.

Lorentz kuvveti, elektromanyetik alanın bu alanda hareket eden yüklü bir parçacığa etki ettiği kuvvettir. Lorentz kuvvet formülü ilk olarak G. Lorentz tarafından deneyimin genelleştirilmesi sonucunda elde edilmiştir ve şu şekildedir:

nerede
Yoğunluğu olan bir elektrik alanında yüklü bir parçacığa etkiyen kuvvet midir? ;
– manyetik alanda yüklü bir parçacığa etkiyen kuvvet.

Lorentz kuvvetinin manyetik bileşeninin formülü, akımın elektrik yüklerinin düzenli hareketi olduğu dikkate alınarak Ampere yasasından elde edilebilir. Manyetik alan hareketli yüklere etki etmeseydi, akım ile iletken üzerinde bir etkisi olmazdı. Lorentz kuvvetinin manyetik bileşeni şu ifadeyle belirlenir:

Bu kuvvet, hız vektörlerinin bulunduğu düzleme dik olarak yönlendirilir. ve manyetik indüksiyon ; yönü vektör ürününün yönü ile çakışıyor
için Q > 0 ve yön ile
için Q>0 (incir. 2).

Pirinç. 2. Lorentz kuvvetinin manyetik bileşeninin yönünü belirlemek

eğer vektör vektöre dik , daha sonra pozitif yüklü parçacıklar için Lorentz kuvvetinin manyetik bileşeninin yönü sol el kuralına göre ve negatif yüklü parçacıklar için kurala göre bulunabilir. sağ el... Lorentz kuvvetinin manyetik bileşeni her zaman hıza dik yönlendiği için , o zaman parçacığı hareket ettirme işini yapmaz. O sadece hızın yönünü değiştirebilir , parçacığın yörüngesini bükün, yani. merkezcil bir kuvvet rolü oynar.

Bio-Savart-Laplace yasası manyetik alanları hesaplamak için kullanılır (tanımlar ) akım taşıyan iletkenler tarafından oluşturulur.

Bio-Savart-Laplace yasasına göre, bir iletkenin akıma yönelik her bir elemanı uzaktaki bir noktada ortaya çıkar bu elementten, indüksiyonu oran ile belirlenen manyetik alan:

nerede
H / m - manyetik sabit; µ - ortamın manyetik geçirgenliği.

Pirinç. 3. Bio-Savart-Laplace yasasına

Yön
çapraz ürünün yönü ile örtüşür
, yani
vektörlerin bulunduğu düzleme dik ve ... Eşzamanlı
yönü, çarkın kuralına göre belirlenebilen kuvvet hattına teğettir: gimbal ucunun ileri hareketi akım boyunca yönlendirilirse, kolun dönüş yönü manyetik yönünü belirleyecektir. alan çizgisi (Şekil 3).

Tüm iletken tarafından oluşturulan manyetik alanı bulmak için alanların süperpozisyonu ilkesini uygulamanız gerekir:

Örneğin dairesel akımın merkezindeki manyetik indüksiyonu hesaplayalım (Şekil 4).

Pirinç. 4. Dairesel akımın merkezindeki alanın hesaplanmasına

dairesel akım için
ve
, bu nedenle, skaler formdaki ilişki (5) şu şekildedir:

Toplam akım yasası (manyetik indüksiyon sirkülasyon teoremi), manyetik alanları hesaplamak için başka bir yasadır.

Vakumdaki bir manyetik alan için toplam akım yasası şu şekildedir:

nerede B ben – projeksiyon iletken eleman başına akım boyunca yönlendirilir.

Herhangi bir kapalı döngü boyunca manyetik indüksiyon vektörünün dolaşımı, bu döngü tarafından kapsanan akımların cebirsel toplamı ile manyetik sabitin çarpımına eşittir.

Bir manyetik alan için Ostrogradsky-Gauss teoremi aşağıdaki gibidir:

nerede B n – vektör projeksiyonu Normal Siteye dS.

Manyetik indüksiyon vektörünün keyfi bir kapalı yüzeyden akışı sıfırdır.

Manyetik alanın doğası formüller (9), (10)'dan takip edilir.

Elektrik alanının potansiyelinin koşulu, yoğunluk vektörünün dolaşımının sıfıra eşit olmasıdır.
.

Sabit elektrik yükleri tarafından potansiyel bir elektrik alanı üretilir; alan kuvvet çizgileri kapalı değildir, pozitif yüklerle başlar ve negatif yükler ile biter.

Formül (9)'dan, bir manyetik alanda manyetik indüksiyon vektörünün dolaşımının sıfır olmadığını, dolayısıyla manyetik alanın potansiyel olmadığını görüyoruz.

(10) bağıntısından, potansiyel manyetik alanlar yaratabilecek manyetik yüklerin olmadığı sonucu çıkar. (Elektrostatikte, benzer bir teorem şu şekilde yanar:
.

Manyetik kuvvet çizgileri kendi üzerine kapanır. Böyle bir alana girdap denir. Dolayısıyla manyetik alan bir girdap alanıdır. Alan çizgilerinin yönü gimbal kuralı ile belirlenir. Akım ile doğrusal sonsuz uzunlukta bir iletkende, kuvvet çizgileri iletkeni çevreleyen eşmerkezli daireler şeklindedir (Şekil 3).

Tarih neden bazı bilginleri altın harflerle sayfalarına ekler de bazılarını iz bırakmadan siler? Bilime gelen herkes onun üzerinde iz bırakmak zorundadır. Tarih bu izin büyüklüğüne ve derinliğine göre karar verir. Böylece, Ampere ve Lorentz fiziğin gelişimine paha biçilmez bir katkı yaptı, bu da sadece gelişmeyi mümkün kılmadı. bilimsel teoriler, ancak önemli pratik değer aldı. Telgraf nasıl ortaya çıktı? Elektromıknatıslar nelerdir? Bütün bu sorular bugünün dersinde cevaplanacak.

Bilim için kazanılan bilgi, daha sonra kendi başına bulabilecek çok değerlidir. pratik kullanım... Yeni keşifler yalnızca araştırma ufkunu genişletmekle kalmaz, aynı zamanda yeni soruları ve sorunları da beraberinde getirir.

Ana şeyi vurgulayalım Ampere'nin elektromanyetizma alanındaki keşifleri.

Birincisi, iletkenlerin akımla etkileşimidir. Akımları olan iki paralel iletken, içlerindeki akımlar birlikte yönlendirilirse birbirine çekilir ve içlerindeki akımlar zıt yöndeyse itilir (Şekil 1).

Pirinç. 1. Akım ile iletkenler

Amper yasası okur:

İki paralel iletkenin etkileşim kuvveti, iletkenlerdeki akımların çarpımı ile orantılı, bu iletkenlerin uzunluğu ile orantılı ve aralarındaki mesafe ile ters orantılıdır.

İki paralel iletkenin etkileşim kuvveti,

İletkenlerdeki akımların değerleri,

- iletkenlerin uzunluğu,

İletkenler arasındaki mesafe,

Manyetik sabit.

Bu yasanın keşfi, o zamana kadar mevcut olmayan mevcut gücün değerini ölçüm birimlerine sokmayı mümkün kıldı. Bu nedenle, akım gücünün tanımından birim zaman başına iletkenin enine kesitinden aktarılan yük miktarının oranı olarak devam edersek, temelde ölçülemeyen bir değer, yani üzerinden aktarılan yük miktarı elde ederiz. iletkenin kesiti. Bu tanıma dayanarak, akım gücünü ölçmek için bir birim giremeyeceğiz. Amper yasası, iletkenlerdeki akımların büyüklükleri ile ampirik olarak ölçülebilen miktarlar arasında bir ilişki kurmanıza izin verir: mekanik kuvvet ve mesafe. Böylece, akım gücü birimini - 1 A (1 amper) dikkate almak mümkündür.

bir amper akım - bu, bir boşlukta diğerinden bir metre uzaklıkta bulunan iki homojen paralel iletkenin Newton'un kuvveti ile etkileşime girdiği bir akımdır.

Akımların etkileşim yasası - bir boşlukta çapları aralarındaki mesafelerden çok daha küçük olan iki paralel iletken, bu iletkenlerdeki akımların çarpımı ile doğru orantılı ve aralarındaki mesafeyle ters orantılı bir kuvvetle etkileşir.

Ampere'nin bir başka keşfi, manyetik alanın akımı olan bir iletken üzerindeki etkisinin yasasıdır. Öncelikle akım ile bir bobin veya çerçeve üzerindeki bir manyetik alanın eyleminde ifade edilir. Bu nedenle, manyetik alandaki bir akıma sahip bir halka üzerinde bir kuvvet momenti etki eder, bu döngü bu döngüyü, düzlemi manyetik alanın çizgilerine dik olacak şekilde açma eğiliminde olur. Dönüşün dönüş açısı, dönüşteki akımla doğru orantılıdır. Döngüdeki harici manyetik alan sabitse, manyetik indüksiyon modülünün değeri de sabittir. Döngünün alanı çok büyük olmayan akımlarda da sabit olarak kabul edilebilir, bu nedenle, mevcut gücün, sabit koşullar altında bir miktar sabit değerle döngüyü akımla açan kuvvetlerin momentinin ürününe eşit olduğu doğrudur. .

- mevcut güç,

- bobini akımla açan kuvvetlerin anı.

Sonuç olarak, bir ölçüm cihazında - bir ampermetrede uygulanan çerçeve dönüş açısının değeri ile mevcut gücü ölçmek mümkün hale gelir (Şekil 2).

Pirinç. 2. Ampermetre

Ampere, akımı olan bir iletken üzerindeki manyetik alanın etkisinin keşfinden sonra, bu keşfin iletkeni manyetik bir alanda hareket ettirmek için kullanılabileceğini fark etti. Böylece manyetizma, bir motor oluşturmak için mekanik harekete dönüştürülebilir. Doğru akımla çalışan ilk motorlardan biri, 1834'te Rus elektrik mühendisi B.S. tarafından oluşturulan elektrik motoruydu (Şekil 3). Jacobi.

Pirinç. 3. Motor

Bir stator - ona bağlı mıknatıslar ile sabit bir parçadan oluşan basitleştirilmiş bir motor modeli düşünün. Statorun içinde, rotor adı verilen iletken malzemeden yapılmış bir çerçeve serbestçe dönebilir. Çerçeveden elektrik akımı geçebilmesi için terminallere kayan kontaklar ile bağlanır (Şekil 4). Voltmetreli bir devrede motoru bir doğru akım kaynağına bağlarsanız, devre kapatıldığında, akım olan çerçeve dönmeye başlar.

Pirinç. 4. Elektrik motorunun çalışma prensibi

1269'da Fransız doğa bilimci Pierre de Maricourt, "Mıknatıs Üzerine Mektup" adlı bir eser yazdı. Pierre de Maricourt'un asıl amacı, içinde kullanacağı sürekli bir hareket makinesi yaratmaktı. inanılmaz özellikler mıknatıslar. Girişimlerinin ne kadar başarılı olduğu bilinmiyor ancak Jacobi'nin tekneyi itmek için elektrik motorunu kullandığı ve onu 4,5 km/s hıza çıkarabildiği kesin.

Ampere yasalarına göre çalışan bir cihazdan daha bahsetmek gerekiyor. Amper, mevcut bobinin şöyle davrandığını gösterdi kalıcı mıknatıs... Bu, inşa edebileceğiniz anlamına gelir elektromanyetik- gücü ayarlanabilen bir cihaz (Şekil 5).

Pirinç. 5. Elektromıknatıs

İletkenleri ve manyetik okları birleştirerek, bilgiyi uzak mesafelere ileten bir cihaz oluşturabileceğiniz fikrini ortaya atan Ampere idi.

Pirinç. 6. Elektrikli telgraf

Telgraf fikri (Şekil 6) elektromanyetizmanın keşfinden sonraki ilk aylarda ortaya çıktı.

Bununla birlikte, elektromanyetik telgraf, Samuel Morse'un daha uygun bir aparat oluşturmasından ve en önemlisi, Mors kodu olarak adlandırılan noktalardan ve tirelerden oluşan ikili bir alfabe geliştirmesinden sonra yaygınlaştı.

Kapatan Mors tuşunu kullanarak verici telgraf cihazından elektrik devresi, iletişim hattında Mors kodundaki noktalara veya çizgilere karşılık gelen kısa veya uzun elektrik sinyalleri üretilir. Alıcı telgraf aparatında (yazma cihazı), sinyalin geçişi (elektrik akımı) süresince, elektromıknatıs, yazı metal çarkının veya çizicinin sıkıca bağlı olduğu ve kağıt üzerinde bir mürekkep işareti bırakan armatürü çeker. bant (Şek. 7).

Pirinç. 7. Telgraf şeması

Matematikçi Gauss, Ampere'nin araştırmasıyla tanıştığında, bir demir top - bir mermi üzerindeki manyetik alanın etkisi ilkesiyle çalışan orijinal bir top (Şekil 8) yaratmayı önerdi.

Pirinç. 8. Gauss Topu

Hangisine dikkat etmek gerekir tarihi çağ bu keşifler yapıldı. 19. yüzyılın ilk yarısında Avrupa, sanayi devrimi yolunda büyük adımlar attı - bilimsel araştırma keşifleri ve bunların uygulamaya hızlı bir şekilde uygulanması için verimli bir zamandı. Amper'in bu sürece kuşkusuz önemli bir katkısı oldu, medeniyete elektromıknatıslar, elektrik motorları ve günümüzde hala yaygın olarak kullanılan telgrafı verdi.

Lorentz'in ana keşiflerini vurgulayalım.

Lorentz, manyetik alanın içinde hareket eden bir parçacığa etki ettiğini ve onu bir daire yayı boyunca hareket etmeye zorladığını buldu:

Lorentz kuvveti, hız yönüne dik bir merkezcil kuvvettir. Her şeyden önce, Lorentz tarafından keşfedilen yasa, yükün kütleye oranı gibi önemli bir özelliği belirlemeyi mümkün kılar - özel ücret.

Spesifik yük değeri, elektron, proton veya başka herhangi bir parçacık olsun, her yüklü parçacık için benzersiz olan ve bunların tanımlanmasına izin veren bir değerdir. Böylece, bilim adamları güçlü bir araştırma aracı aldılar. Örneğin, Rutherford radyoaktif radyasyonu analiz edebildi ve aralarında alfa parçacıkları - bir helyum atomunun çekirdeği - ve beta parçacıkları - elektronlar bulunan bileşenlerini tanımladı.

Yirminci yüzyılda, çalışmaları yüklü parçacıkların bir manyetik alanda hızlandırılması gerçeğine dayanan hızlandırıcılar ortaya çıktı. Manyetik alan, parçacıkların yörüngelerini büker (Şekil 9). Ardışık bükülmenin yönü, parçacık yükünün işaretinin yargılanmasını mümkün kılar; yörüngenin yarıçapını ölçerek, kütlesi ve yükü biliniyorsa parçacığın hızını belirlemek mümkündür.

Pirinç. 9. Manyetik alandaki parçacıkların yörüngesinin eğriliği

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı bu prensip üzerine geliştirildi (Şekil 10). Lorentz'in keşifleri sayesinde bilim, temel parçacıklar dünyasına giden yolu açan fiziksel araştırma için temelde yeni bir araç aldı.

Pirinç. 10. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı

Bir bilim insanının bir bilim insanı üzerindeki etkisini karakterize etmek için teknik ilerleme, Lorentz kuvveti ifadesinin, sabit bir manyetik alanda hareket eden bir parçacığın yörüngesinin eğrilik yarıçapını hesaplama olasılığını ima ettiğini unutmayın. Sabit dış koşullar altında, bu yarıçap parçacığın kütlesine, hızına ve yüküne bağlıdır. Böylece yüklü parçacıkları bu parametrelere göre sınıflandırma fırsatı buluyoruz ve bu nedenle herhangi bir karışımı analiz edebiliyoruz. Gaz halindeki bir madde karışımı iyonize edilir, hızlandırılır ve bir manyetik alana yönlendirilirse, parçacıklar farklı yarıçaplara sahip dairelerin yayları boyunca hareket etmeye başlayacak - parçacıklar alanı farklı noktalarda terk edecek ve sadece Yüklü parçacıklar çarptığında parlayan fosforla kaplı bir ekran kullanılarak uygulanan bu hareket noktalarını düzeltin. Bu şemaya göre kütle analizörü(şek. 11) . Kütle analizörleri, karışımların bileşimini analiz etmek için fizik ve kimyada yaygın olarak kullanılmaktadır.

Pirinç. 11. Kütle analizörü

Bunların hepsi Ampere ve Lorenz'in geliştirmeleri ve keşifleri temelinde çalışan teknik cihazlar değil, çünkü bilimsel bilgi er ya da geç bilim adamlarının münhasır mülkü olmaktan çıkar ve yaşamımızı daha rahat hale getiren çeşitli teknik cihazlarda bedenlenirken medeniyetin mülkü olur.

bibliyografya

Kasyanov V.A., Fizik 11. sınıf: Ders kitabı. genel eğitim için. kurumlar. - 4. baskı, Stereotip. - M.: Bustard, 2004 .-- 416s.: Ill., 8 s. renk dahil
Gendenshtein L.E., Dick Yu.I., Fizik 11. - M.: Mnemosyne.
Tikhomirova S.A., Yarovsky B.M., Fizik 11. - M .: Mnemosina.

İnternet portalı "Çip ve Dip" ().
İnternet portalı "Kiev Şehir Kütüphanesi" ().
İnternet portalı "Uzaktan Eğitim Enstitüsü" ().

Ev ödevi

1. Kasyanov VA, Fizik 11. sınıf: Ders kitabı. genel eğitim için. kurumlar. - 4. baskı, Stereotip. - M.: Bustard, 2004 .-- 416s.: Ill., 8 s. renk dahil, sanat. 88, c. 1-5.

2. 1.5 T'lik bir indüksiyonla düzgün bir manyetik alana yerleştirilmiş Wilson odasında, indüksiyon hatlarına dik uçan bir alfa parçacığı, yarıçaplı bir daire yayı şeklinde bir iz bırakır. 2,7 cm Parçacığın momentumunu ve kinetik enerjisini belirleyin. Alfa parçacığının kütlesi 6,7 ∙ 10 -27 kg ve yükü 3,2 ∙ 10 -19 C'dir.

3. Kütle spektrografı. 4 kV'luk bir potansiyel farkla hızlandırılan bir iyon demeti, manyetik indüksiyon hatlarına dik 80 mT'lik bir manyetik indüksiyon ile tek tip bir manyetik alana uçar. Işın, moleküler ağırlıkları 0.02 kg / mol ve 0.022 kg / mol olan iki tip iyondan oluşur. Tüm iyonların yükü 1,6 ∙ 10 -19 C'dir. İyonlar iki ışın halinde alanın dışına uçar (Şekil 5). Yayılan iyon demetleri arasındaki mesafeyi bulun.

4. * DC motor yardımıyla bir ip üzerinde bir yükü kaldırırlar. Elektrik motorunu voltaj kaynağından ayırır ve rotora kısa devre yaptırırsanız, yük aşağıdan indirilecektir. sabit hız... Bu fenomeni açıklayın. Yükün potansiyel enerjisi nasıl bir şekil alır?

Manyetik alanın hareketli yüklü parçacıklar üzerine uyguladığı etki, teknolojide çok yaygın olarak kullanılmaktadır.

Örneğin, televizyonların resim tüplerindeki bir elektron ışınının sapması, özel bobinler tarafından oluşturulan bir manyetik alan kullanılarak gerçekleştirilir. Bir dizi elektronik cihaz, yüklü parçacık ışınlarını odaklamak için bir manyetik alan kullanır.

Kontrollü bir termonükleer reaksiyonun uygulanması için şu anda oluşturulan deneysel tesislerde, bir manyetik alanın bir plazma üzerindeki etkisi, onu çalışma odasının duvarlarına dokunmayan bir kabloya bükmek için kullanılır. Yüklü parçacıkların düzgün bir manyetik alanda bir daire içinde hareketi ve bu hareket süresinin parçacık hızından bağımsızlığı, yüklü parçacıkların döngüsel hızlandırıcılarında kullanılır - siklotronlar.

Lorentz kuvvetinin etkisi, adı verilen cihazlarda da kullanılır. kütle spektrografları yüklü parçacıkları belirli yüklerine göre ayırmak için tasarlanmıştır.

En basit kütle spektrografının şematik diyagramı Şekil 1'de gösterilmiştir.

Havanın tahliye edildiği oda 1'de bir iyon kaynağı 3 vardır. Oda, her noktasında indüksiyonu \ (~ \ vec B \) çizim düzlemine dik olan düzgün bir manyetik alana yerleştirilir. ve bize doğru yönlendirilir (Şekil 1'de bu alan dairelerle gösterilmiştir) ... A h B elektrotları arasına, etkisi altında kaynaktan kaçan iyonların hızlandırıldığı ve belirli bir hızda indüksiyon hatlarına dik manyetik alana giren hızlandırıcı voltaj uygulanır. Bir dairenin yayı boyunca bir manyetik alanda hareket eden iyonlar, yarıçapı belirlemeyi mümkün kılan fotoğraf plakası 2'ye düşer. r bu ark. Manyetik indüksiyonu bilmek V ve hız υ iyonlar, formüle göre

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

iyonların özgül yükü belirlenebilir. Ve eğer iyonun yükü biliniyorsa kütlesini hesaplayabilirsiniz.

Edebiyat

Aksenovich L.A. Fizik lise: Teori. Görevler. Testler: Ders kitabı. obs alınmasını sağlayan kurumlar için ödenek. çevreler, eğitim / L.A. Aksenovich, N.N. Rakina, K.S. Farino; Ed. K.S. Farino. - Minsk: Adukatsya i vyhavanne, 2004 .-- S. 328.