TA’RIF

Lorents kuchi- magnit maydonda harakatlanuvchi nuqtali zaryadlangan zarrachaga ta'sir qiluvchi kuch.

U zaryadning mahsulotiga, zarracha tezligi moduliga, magnit maydon induksiya vektorining moduliga va magnit maydon vektori bilan zarracha tezligi orasidagi burchakning sinusiga teng.

Bu erda Lorents kuchi, zarracha zaryadi, magnit maydon induksiya vektorining kattaligi, zarracha tezligi, magnit maydon induksiya vektori va harakat yo'nalishi orasidagi burchak.

Kuch birligi - N (nyuton).

Lorents kuchi vektor kattalikdir. Lorents kuchi induksiya vektorlari va zarracha tezligining yo'nalishi perpendikulyar () bo'lganda eng katta qiymatni oladi.

Lorents kuchining yo'nalishi chap qo'l qoidasi bilan aniqlanadi:

Agar magnit induksiya vektori chap qo'lning kaftiga kirsa va to'rtta barmoq oqim harakat vektori yo'nalishiga qarab cho'zilgan bo'lsa, u holda yon tomonga egilgan bosh barmog'i Lorentz kuchining yo'nalishini ko'rsatadi.

Yagona magnit maydonda zarracha aylana bo'ylab harakatlanadi va Lorentz kuchi markazga tortuvchi kuch bo'ladi. Bunday holda, hech qanday ish bajarilmaydi.

"Lorentz kuchi" mavzusidagi muammolarni echishga misollar

MISOL 1

2-MISA

Mashq qilish	Lorents kuchi taʼsirida q zaryadli massa m boʻlgan zarra aylana boʻylab harakatlanadi. Magnit maydon bir xil, uning kuchi B ga teng. Zarrachaning markazga tortish tezlanishini toping.
Yechim	Lorents kuch formulasini eslaylik: Bundan tashqari, Nyutonning 2-qonuniga ko'ra: Bunda Lorents kuchi aylananing markaziga yo'nalgan bo'lib, u yaratgan tezlanish u yerga yo'naltiriladi, ya'ni bu markazga yo'naltirilgan tezlanishdir. Ma'nosi:

lekin tokning bunga nima aloqasi bor, unda

ChunkinS d l – hajmdagi zaryadlar soni S d l, Keyin bir zaryad uchun

yoki

,

(2.5.2)

Lorents kuchi – tezlikda harakatlanadigan musbat zaryadga magnit maydon tomonidan ta'sir qiladigan kuch(bu erda musbat zaryad tashuvchilarning tartibli harakati tezligi). Lorents kuch moduli:

,

(2.5.3)

bu yerda a - orasidagi burchak Va .

(2.5.4) dan ko'rinib turibdiki, chiziq bo'ylab harakatlanadigan zaryadga kuch ta'sir qilmaydi ().

Lorenz Xendrik Anton(1853–1928) – golland nazariyasi fizigi, klassik elektron nazariya yaratuvchisi, Niderlandiya Fanlar akademiyasining aʼzosi. U dielektrik o‘tkazuvchanligini dielektrikning zichligiga bog‘lovchi formulani chiqardi, elektromagnit maydonda harakatlanuvchi zaryadga ta’sir qiluvchi kuchning ifodasini berdi (Lorents kuchi), moddaning elektr o‘tkazuvchanligining issiqlik o‘tkazuvchanligiga bog‘liqligini tushuntirdi va yorug'lik dispersiyasi nazariyasini ishlab chiqdi. Harakatlanuvchi jismlarning elektrodinamikasini ishlab chiqdi. 1904-yilda u ikki xil inertial sanoq sistemasida bir xil hodisaning koordinatalari va vaqtini bogʻlovchi formulalarni yaratdi (Lorents oʻzgarishlari).

Lorents kuchi vektorlar yotadigan tekislikka perpendikulyar yo'naltirilgan Va . Harakatlanuvchi musbat zaryadga chap qo'l qoida amal qiladi yoki« gimlet qoidasi"(2.6-rasm).

Salbiy zaryad uchun kuch yo'nalishi qarama-qarshidir, shuning uchun O'ng qo'l qoidasi elektronlar uchun amal qiladi.

Lorentz kuchi harakatlanuvchi zaryadga perpendikulyar yo'naltirilganligi sababli, ya'ni. perpendikulyar ,bu kuch tomonidan bajarilgan ish har doim nolga teng . Binobarin, zaryadlangan zarrachaga ta'sir etuvchi Lorents kuchi zarrachaning kinetik energiyasini o'zgartira olmaydi.

Ko'pincha Lorents kuchi elektr va magnit kuchlarining yig'indisidir:

,

(2.5.4)

bu erda elektr quvvati zarrachani tezlashtiradi va uning energiyasini o'zgartiradi.

Har kuni biz televizor ekranida magnit kuchning harakatlanuvchi zaryadga ta'sirini kuzatamiz (2.7-rasm).

Elektron nurning ekran tekisligi bo'ylab harakatlanishi burilish bobini magnit maydoni tomonidan rag'batlantiriladi. Agar siz doimiy magnitni ekran tekisligiga yaqinlashtirsangiz, tasvirda paydo bo'ladigan buzilishlar orqali uning elektron nuriga ta'sirini osongina sezishingiz mumkin.

Zaryadlangan zarracha tezlatgichlarida Lorents kuchining ta'siri 4.3-bo'limda batafsil yoritilgan.

Tashqi elektromagnit maydonda harakatlanuvchi elektr zaryadiga ta'sir qiluvchi kuchning paydo bo'lishi

Animatsiya

Tavsif

Lorents kuchi tashqi elektromagnit maydonda harakatlanuvchi zaryadlangan zarrachaga ta'sir qiluvchi kuchdir.

Lorents kuchi (F) formulasi birinchi marta H.A.ning eksperimental faktlarini umumlashtirish orqali olingan. Lorentz 1892 yilda "Maksvellning elektromagnit nazariyasi va uning harakatlanuvchi jismlarga qo'llanilishi" asarida taqdim etilgan. Bu shunday ko'rinadi:

F = qE + q, (1)

bu yerda q zaryadlangan zarracha;

E - elektr maydon kuchi;

B - magnit induksiya vektori, zaryadning o'lchamiga va uning harakat tezligiga bog'liq emas;

V - F va B qiymatlari hisoblangan koordinata tizimiga nisbatan zaryadlangan zarrachaning tezlik vektori.

(1) tenglamaning o'ng tomonidagi birinchi hadis F E =qE elektr maydonidagi zaryadlangan zarrachaga ta'sir qiluvchi kuch, ikkinchi hadis magnit maydonda ta'sir qiluvchi kuchdir:

F m = q. (2)

Formula (1) universaldir. Bu doimiy va o'zgaruvchan kuch maydonlari uchun, shuningdek zaryadlangan zarracha tezligining har qanday qiymatlari uchun amal qiladi. Bu elektrodinamikaning muhim aloqasi, chunki u elektromagnit maydon tenglamalarini zaryadlangan zarrachalarning harakat tenglamalari bilan bog'lash imkonini beradi.

Norelativistik yaqinlashishda F kuchi, boshqa har qanday kuch kabi, inertial sanoq sistemasini tanlashga bog'liq emas. Shu bilan birga, Lorentz kuchining magnit komponenti F m tezlikning o'zgarishi tufayli bir mos yozuvlar tizimidan ikkinchisiga o'tishda o'zgaradi, shuning uchun F E elektr komponenti ham o'zgaradi. Shu nuqtai nazardan, F kuchini magnit va elektrga bo'lish faqat mos yozuvlar tizimining ko'rsatilishi bilan mantiqiy bo'ladi.

Skalar shaklda (2) ifoda quyidagicha ko'rinadi:

Fm = qVBsina, (3)

bu yerda a - tezlik va magnit induksiya vektorlari orasidagi burchak.

Shunday qilib, zarracha harakat yo‘nalishi magnit maydonga perpendikulyar bo‘lsa (a =p /2) bo‘lsa, Lorens kuchining magnit qismi maksimal bo‘ladi, agar zarra B maydoni (a) yo‘nalishi bo‘yicha harakat qilsa, nolga teng bo‘ladi. =0).

Magnit kuchi F m vektor mahsulotiga proportsionaldir, ya'ni. u zaryadlangan zarrachaning tezlik vektoriga perpendikulyar va shuning uchun zaryadda ish qilmaydi. Bu shuni anglatadiki, doimiy magnit maydonda magnit kuch ta'sirida faqat harakatlanuvchi zaryadlangan zarrachaning traektoriyasi egiladi, lekin zarracha qanday harakat qilmasin, uning energiyasi doimo bir xil bo'lib qoladi.

Musbat zaryad uchun magnit kuchning yo'nalishi vektor mahsulotiga ko'ra aniqlanadi (1-rasm).

Magnit maydondagi musbat zaryadga ta'sir qiluvchi kuchning yo'nalishi

Guruch. 1

Salbiy zaryad (elektron) uchun magnit kuch teskari yo'nalishda yo'naltiriladi (2-rasm).

Magnit maydondagi elektronga ta'sir qiluvchi Lorents kuchining yo'nalishi

Guruch. 2

Magnit maydoni B chizmaga perpendikulyar o'quvchi tomon yo'naltirilgan. Elektr maydoni yo'q.

Agar magnit maydon bir tekis va tezlikka perpendikulyar yo'naltirilgan bo'lsa, massasi m bo'lgan zaryad aylana bo'ylab harakatlanadi. R aylana radiusi quyidagi formula bilan aniqlanadi:

zarrachaning solishtirma zaryadi qayerda.

Zarrachaning aylanish davri (bir aylanish vaqti), agar zarraning tezligi vakuumdagi yorug'lik tezligidan ancha past bo'lsa, tezlikka bog'liq emas. Aks holda zarrachaning orbital davri relativistik massa ortishi hisobiga ortadi.

Relyativistik bo'lmagan zarrachada:

zarrachaning solishtirma zaryadi qayerda.

Yagona magnit maydondagi vakuumda, agar tezlik vektori magnit induksiya vektoriga (a№p /2) perpendikulyar bo'lmasa, zaryadlangan zarracha Lorents kuchi ta'sirida (uning magnit qismi) spiral chiziq bo'ylab harakatlanadi. doimiy tezlik V. Bunda uning harakati tezlik bilan B magnit maydonining yo'nalishi bo'yicha bir xil to'g'ri chiziqli harakatdan va tezlik bilan B maydoniga perpendikulyar tekislikda bir xil aylanish harakatidan iborat (2-rasm).

Zarracha traektoriyasining B ga perpendikulyar tekislikka proyeksiyasi radiusli doiradir:

zarraning aylanish davri:

Zarrachaning T vaqt ichida B magnit maydoni (spiral traektoriyasining qadami) bo'ylab o'tgan masofasi h quyidagi formula bilan aniqlanadi:

h = Vcos a T. (6)

Spiralning o'qi B maydonining yo'nalishiga to'g'ri keladi, aylananing markazi maydon chizig'i bo'ylab harakatlanadi (3-rasm).

Burchakda uchib kelayotgan zaryadlangan zarrachaning harakati a№p /2 magnit maydonida B

Guruch. 3

Elektr maydoni yo'q.

Elektr maydoni E No 0 bo'lsa, harakat murakkabroq.

Maxsus holatda, agar E va B vektorlari parallel bo'lsa, harakat paytida magnit maydonga parallel bo'lgan V 11 tezlik komponenti o'zgaradi, buning natijasida spiral traektoriyaning qadami (6) o'zgaradi.

Agar E va B parallel bo'lmasa, zarrachaning aylanish markazi B maydoniga perpendikulyar bo'lib, drift deb ataladi. Drift yo'nalishi vektor mahsuloti bilan belgilanadi va zaryad belgisiga bog'liq emas.

Harakatlanuvchi zaryadlangan zarrachalarga magnit maydonning ta'siri o'tkazgichning kesimida oqimning qayta taqsimlanishiga olib keladi, bu termomagnit va galvanomagnit hodisalarda namoyon bo'ladi.

Effektni golland fizigi H.A. Lorenz (1853-1928).

Vaqt

Boshlanish vaqti (log -15 dan -15 gacha);

Hayot muddati (log tc 15 dan 15 gacha);

Degradatsiya vaqti (log td -15 dan -15 gacha);

Optimal rivojlanish vaqti (log tk -12 dan 3 gacha).

Diagramma:

Effektning texnik amalga oshirilishi

Lorentz kuchini texnik amalga oshirish

Lorents kuchining harakatlanuvchi zaryadga ta'sirini to'g'ridan-to'g'ri kuzatish bo'yicha tajribani texnik amalga oshirish odatda juda murakkab, chunki tegishli zaryadlangan zarralar xarakterli molekulyar o'lchamga ega. Shuning uchun magnit maydonda ularning traektoriyasini kuzatish traektoriyani buzadigan to'qnashuvlardan qochish uchun ish hajmini evakuatsiya qilishni talab qiladi. Shunday qilib, qoida tariqasida, bunday namoyish qurilmalari maxsus yaratilmaydi. Buni ko'rsatishning eng oson yo'li - Nier sektorining standart magnit massa analizatoridan foydalanish, 409005 effektiga qarang, uning harakati butunlay Lorentz kuchiga asoslangan.

Effektni qo'llash

Texnologiyada odatiy foydalanish o'lchov texnologiyasida keng qo'llaniladigan Hall sensori hisoblanadi.

B magnit maydoniga metall yoki yarim o'tkazgich plastinka qo'yilgan. U orqali magnit maydonga perpendikulyar yo'nalishda j zichlikdagi elektr toki o'tkazilganda plastinkada ko'ndalang elektr maydon paydo bo'ladi, uning intensivligi E ikkala j va B vektorlariga perpendikulyar. O'lchov ma'lumotlariga ko'ra, B topiladi.

Bu ta'sir Lorents kuchining harakatlanuvchi zaryadga ta'siri bilan izohlanadi.

Galvanomagnit magnitometrlar. Mass-spektrometrlar. Zaryadlangan zarracha tezlatgichlari. Magnetogidrodinamik generatorlar.

Adabiyot

1. Sivuxin D.V. Umumiy fizika kursi.- M.: Nauka, 1977.- T.3. Elektr.

2. Fizik ensiklopedik lug'at.- M., 1983.

3. Detlaf A.A., Yavorskiy B.M. Fizika kursi. - M.: Oliy maktab, 1989 yil.

Kalit so'zlar

• elektr zaryadi
• magnit induksiya
• magnit maydon
• elektr maydon kuchi
• Lorents kuchi
• zarracha tezligi
• doira radiusi
• aylanish davri
• spiral yo'lning qadami
• elektron
• proton
• pozitron

Tabiiy fanlar bo'limlari:

TA’LIM VA FAN VAZIRLIGI

ROSSIYA FEDERATSIYASI

FEDERAL DAVLAT BUDJETLI OLIY KASB-TA'LIM TA'LIM MASSASASI

"QO'RG'ON DAVLAT UNIVERSITETI"

ANTRACT

"Fizika" fanidan Mavzu: "Lorents kuchini qo'llash"

To‘ldiruvchi: T-10915 guruh talabasi Logunova M.V.

O'qituvchi Vorontsov B.S.

Kurgan 2016 yil

Kirish 3

1. Lorents kuchidan foydalanish 4

1.1. Elektron nurli qurilmalar 4

1.2 Mass-spektrometriya 5

1,3 MHD generatori 7

1.4 Siklotron 8

Xulosa 10

Adabiyotlar 11

Kirish

Lorents kuchi- klassik (kvant bo'lmagan) elektrodinamikaga ko'ra, elektromagnit maydon nuqta zaryadlangan zarrachaga ta'sir qiladigan kuch. Ba'zan Lorents kuchi tezlik bilan harakatlanuvchi jismga ta'sir qiluvchi kuch deb ataladi υ zaryad q faqat magnit maydon tomonidan, ko'pincha to'liq quvvatda - umuman elektromagnit maydon tomonidan, boshqacha qilib aytganda, elektr tomondan E va magnit B dalalar.

Xalqaro birliklar tizimida (SI) u quyidagicha ifodalanadi:

F L = q υ B gunoh a

U 1892 yilda ushbu kuchning ifodasini olgan golland fizigi Hendrik Lorentz sharafiga nomlangan. Lorenzdan uch yil oldin, to'g'ri ifodani O. Heaviside topdi.

Lorents kuchining makroskopik ko'rinishi Amper kuchidir.

1. Lorents kuchidan foydalanish

Harakatlanuvchi zaryadlangan zarrachalarga magnit maydonning ta'siri texnologiyada juda keng qo'llaniladi.

Lorentz kuchining asosiy qo'llanilishi (aniqrog'i, uning maxsus holati - Amper kuchi) elektr mashinalari (elektr dvigatellari va generatorlari). Lorentz kuchi elektron qurilmalarda zaryadlangan zarralarga (elektronlar va ba'zan ionlarga) ta'sir qilish uchun keng qo'llaniladi, masalan, televizorda. katod nurli quvurlar, V massa spektrometriyasi Va MHD generatorlari.

Shuningdek, boshqariladigan termoyadro reaktsiyasini o'tkazish uchun hozirda yaratilgan eksperimental qurilmalarda magnit maydonning plazmadagi ta'siri uni ishchi kameraning devorlariga tegmaydigan shnurga burish uchun ishlatiladi. Zaryadlangan zarrachalarning bir xil magnit maydonida aylanma harakati va bunday harakat davrining zarracha tezligidan mustaqilligi zaryadlangan zarrachalarning tsiklik tezlatgichlarida qo'llaniladi - siklotronlar.

1. 1. Elektron nurli qurilmalar

Elektron nurli qurilmalar (EBD) - bu bitta nur yoki nurlar dastasi shaklida to'plangan, intensivligi (oqim) va kosmosdagi holati bo'yicha boshqariladigan va o'zaro ta'sir qiluvchi elektronlar oqimidan foydalanadigan vakuumli elektron qurilmalar sinfidir. qurilmaning statsionar fazoviy nishoni (ekran). ELP ni qo'llashning asosiy sohasi optik ma'lumotni elektr signallariga aylantirish va elektr signalini optik signalga - masalan, ko'rinadigan televizion tasvirga teskari aylantirishdir.

Katod-nurli qurilmalar sinfiga rentgen naychalari, fotoelementlar, fotoko'paytirgichlar, gaz tashuvchi qurilmalar (dekatronlar) va qabul qiluvchi va kuchaytiruvchi elektron naychalar (nur tetrodlari, elektr vakuum ko'rsatkichlari, ikkilamchi emissiyali lampalar va boshqalar) kirmaydi. oqimlarning nurlanish shakli.

Elektron nurli qurilma kamida uchta asosiy qismdan iborat:

Elektron projektor (qurol) elektron nurni (yoki nurlar dastasini, masalan, rangli rasm trubkasidagi uchta nurni) hosil qiladi va uning intensivligini (oqim) boshqaradi;

Burilish tizimi nurning fazoviy holatini nazorat qiladi (uning yorug'lik o'qidan og'ishi);

Qabul qiluvchi ELP ning maqsadi (ekran) nurning energiyasini ko'rinadigan tasvirning yorug'lik oqimiga aylantiradi; ELPni uzatish yoki saqlash maqsadi skanerlash elektron nurlari tomonidan o'qiladigan fazoviy potentsial relyefni to'playdi.

Guruch. 1 ta CRT qurilmasi

Qurilmaning umumiy printsiplari.

CRT tsilindrida chuqur vakuum hosil bo'ladi. Elektron nurni yaratish uchun elektron qurol deb ataladigan qurilma ishlatiladi. Filament bilan isitiladigan katod elektronlarni chiqaradi. Tekshirish elektrodidagi (modulyator) kuchlanishni o'zgartirib, siz elektron nurning intensivligini va shunga mos ravishda tasvirning yorqinligini o'zgartirishingiz mumkin. Qurolni tark etgandan so'ng, elektronlar anod tomonidan tezlashadi. Keyinchalik, nur nurning yo'nalishini o'zgartirishi mumkin bo'lgan burilish tizimidan o'tadi. Televizion CRTlar magnit burilish tizimidan foydalanadi, chunki u katta burilish burchaklarini ta'minlaydi. Osilografik CRTlar elektrostatik burilish tizimidan foydalanadi, chunki u ko'proq ishlashni ta'minlaydi. Elektron nurlari fosfor bilan qoplangan ekranga tushadi. Elektronlar tomonidan bombardimon qilingan fosfor porlaydi va o'zgaruvchan yorqinlikdagi tez harakatlanuvchi nuqta ekranda tasvir hosil qiladi.

Kuchaytirgich quvvati, D uzunlikdagi o'tkazgich segmentiga ta'sir qiluvchi l joriy kuch bilan I, magnit maydonda joylashgan B,

Amper kuchining ifodasi quyidagicha yozilishi mumkin:

Bu kuch deyiladi Lorents kuchi . Bu ifodadagi a burchak tezlik va orasidagi burchakka teng magnit induksiya vektori Musbat zaryadlangan zarrachaga ta'sir qiluvchi Lorents kuchining yo'nalishini, shuningdek, Amper kuchining yo'nalishini quyidagicha topish mumkin. chap qo'l qoidasi yoki tomonidan gimlet qoidasi. Vektorlarning nisbiy holati , va musbat zaryadlangan zarracha uchun rasmda ko'rsatilgan. 1.18.1.

1.18.1-rasm. Vektorlarning nisbiy pozitsiyasi va Lorentz kuchining moduli vektorlar ustida qurilgan parallelogramm maydoniga son jihatdan teng va zaryadga ko'paytiriladi. q

Lorents kuchi va vektorlariga perpendikulyar yo'naltirilgan

Zaryadlangan zarracha magnit maydonda harakat qilganda, Lorentz kuchi ishlamaydi. Shuning uchun zarracha harakat qilganda tezlik vektorining kattaligi o'zgarmaydi.

Agar zaryadlangan zarra Lorents kuchi ta'sirida bir xil magnit maydonda harakatlansa va uning tezligi vektorga perpendikulyar tekislikda bo'lsa, u holda zarracha radiusli aylana bo'ylab harakatlanadi.

Bir hil magnit maydonda zarrachaning aylanish davri teng

chaqirdi siklotron chastotasi . Siklotron chastotasi zarrachaning tezligiga (shuning uchun kinetik energiyasiga) bog'liq emas. Bu holat qo'llaniladi siklotronlar - og'ir zarrachalarning tezlatgichlari (protonlar, ionlar). Siklotronning sxematik diagrammasi rasmda ko'rsatilgan. 1.18.3.

Kuchli elektromagnitning qutblari orasiga vakuum kamerasi o'rnatilgan bo'lib, unda ichi bo'sh metall yarim silindrlar shaklida ikkita elektrod mavjud ( dees ). Deeslarga o'zgaruvchan elektr kuchlanish qo'llaniladi, uning chastotasi siklotron chastotasiga teng. Zaryadlangan zarralar vakuum kamerasining markaziga AOK qilinadi. Zarrachalar deeslar orasidagi bo'shliqda elektr maydon tomonidan tezlashadi. Deylar ichida zarralar Lorents kuchi ta'sirida yarim doira shaklida harakatlanadi, zarrachalar energiyasi ortib borishi bilan ularning radiusi ortadi. Har safar zarrachalar orasidagi bo'shliqdan uchib o'tganda, u elektr maydoni tomonidan tezlashadi. Shunday qilib, siklotronda, boshqa barcha tezlatgichlarda bo'lgani kabi, zaryadlangan zarracha elektr maydon tomonidan tezlashtiriladi va magnit maydon orqali o'z traektoriyasida saqlanadi. Siklotronlar protonlarni 20 MeV darajasidagi energiyagacha tezlashtirishga imkon beradi.

Yagona magnit maydonlar ko'plab qurilmalarda va, xususan, massa spektrometrlari - zaryadlangan zarralar massasini o'lchashingiz mumkin bo'lgan qurilmalar - turli atomlarning ionlari yoki yadrolari. Ajratish uchun mass-spektrometrlardan foydalaniladi izotoplar, ya'ni bir xil zaryadga ega, ammo massalari har xil bo'lgan atom yadrolari (masalan, 20 Ne va 22 Ne). Eng oddiy massa spektrometri rasmda ko'rsatilgan. 1.18.4. Ionlarning manbadan chiqib ketishi S, bir nechta kichik teshiklardan o'tib, tor nurni hosil qiladi. Keyin ular ichiga kirishadi tezlik selektori , unda zarralar harakatlanadi bir hil elektr va magnit maydonlarini kesib o'tgan. Yassi kondansatör plitalari o'rtasida elektr maydoni hosil bo'ladi, elektromagnit qutblari orasidagi bo'shliqda magnit maydon hosil bo'ladi. Zaryadlangan zarrachalarning boshlang'ich tezligi vektorlarga perpendikulyar yo'naltirilgan va

Kesishgan elektr va magnit maydonlarda harakatlanuvchi zarrachaga elektr kuchi va ta'sir qiladi magnit Lorents kuchi. Shartiga ko'ra E = υ B bu kuchlar bir-birini aniq muvozanatlashtiradi. Agar bu shart bajarilsa, zarracha bir tekis va to'g'ri chiziqli harakat qiladi va kondansatör orqali uchib o'tgandan so'ng, ekrandagi teshikdan o'tadi. Elektr va magnit maydonlarining berilgan qiymatlari uchun selektor y = tezlikda harakatlanuvchi zarralarni tanlaydi. E / B.

Keyinchalik bir xil tezlik qiymatiga ega bo'lgan zarralar mass-spektrometr kamerasiga kiradi, unda bir xil magnit maydon hosil bo'ladi.zarrachalar kamerada Lorents kuchi ta'sirida magnit maydonga perpendikulyar tekislikda harakatlanadi. Zarrachalarning traektoriyalari radiusli doiralardir R = mυ / qB". y va ning ma'lum qiymatlari uchun traektoriyalar radiuslarini o'lchash B" munosabatini aniqlash mumkin q / m. Izotoplar holatida ( q 1 = q 2) massa spektrometri turli massali zarralarni ajratish imkonini beradi.

Zamonaviy massa spektrometrlari zaryadlangan zarrachalarning massalarini 10-4 dan yuqori aniqlik bilan o'lchash imkonini beradi.

Agar zarrachaning tezligi magnit maydon yo'nalishi bo'yicha komponentga ega bo'lsa, unda bunday zarracha spiralda bir xil magnit maydonda harakat qiladi. Bunday holda, spiralning radiusi R vektorning y ┴ magnit maydoniga perpendikulyar bo'lgan komponent moduliga va spiralning qadamiga bog'liq. p– uzunlamasına komponentning modulidan y || (1.18.5-rasm).

Shunday qilib, zaryadlangan zarrachaning traektoriyasi magnit induksiya chizig'i atrofida aylanadi. Ushbu hodisa texnologiyada qo'llaniladi yuqori haroratli plazmaning magnit issiqlik izolatsiyasi, ya'ni 10 6 K tartibli haroratda to'liq ionlangan gaz. Tokamak tipidagi qurilmalarda boshqariladigan termoyadro reaksiyalarini o'rganishda bunday holatdagi modda olinadi. Plazma kameraning devorlari bilan aloqa qilmasligi kerak. Issiqlik izolyatsiyasiga maxsus konfiguratsiyaning magnit maydonini yaratish orqali erishiladi. Misol sifatida rasmda. 1.18.6 zaryadlangan zarrachaning traektoriyasini ko'rsatadi magnit "shisha"(yoki tuzoqqa tushgan ).

Shunga o'xshash hodisa Yerning magnit maydonida sodir bo'ladi, bu barcha tirik mavjudotlarni kosmosdan zaryadlangan zarrachalar oqimidan himoya qiladi. Kosmosdan (asosan Quyoshdan) tez zaryadlangan zarralar Yerning magnit maydoni tomonidan "tutib olinadi" va shunday deb nomlanadi. radiatsiya kamarlari (1.18.7-rasm), bunda zarrachalar magnit tuzoqlardagi kabi, soniyaning kasrlar tartibida shimol va janubiy magnit qutblar orasidagi spiral traektoriyalar bo'ylab oldinga va orqaga harakat qiladi. Faqat qutb mintaqalarida ba'zi zarralar atmosferaning yuqori qatlamiga kirib, auroralarni keltirib chiqaradi. Yerning radiatsiya kamarlari 500 km masofadan o'nlab Yer radiuslarigacha cho'zilgan. Shuni esda tutish kerakki, Yerning janubiy magnit qutbi shimoliy geografik qutb yaqinida (Grenlandiyaning shimoli-g'arbiy qismida) joylashgan. Er magnitlanishining tabiati hali o'rganilmagan.

Nazorat savollari

1.Ersted va Amper tajribalarini aytib bering.

2.Magnit maydonning manbai nima?

3. Doimiy magnitning magnit maydonining mavjudligini tushuntiruvchi Amper gipotezasi nima?

4.Magnit maydonning elektr maydondan asosiy farqi nimada?

5. Magnit induksiya vektorining ta'rifini tuzing.

6. Nima uchun magnit maydon vorteks deb ataladi?

7. Qonunlarni ishlab chiqish:

A) Amper;

B) Bio-Savart-Laplas.

8. To'g'ridan-to'g'ri oqim maydonining magnit induksiya vektorining kattaligi qanday?

9. Xalqaro birliklar tizimidagi tok (amper) birligining ta’rifini ayting.

10. Miqdorni ifodalovchi formulani yozing:

A) magnit induksiya vektorining moduli;

B) Amper kuchlari;

B) Lorents kuchlari;

D) zarrachaning bir xil magnit maydonida aylanish davri;

D) zaryadlangan zarracha magnit maydonda harakat qilganda aylananing egrilik radiusi;

O'z-o'zini nazorat qilish testi

Oersted tajribasida nima kuzatildi?

1) Ikki parallel o'tkazgichning tok bilan o'zaro ta'siri.

2) Ikki magnit ignaning o'zaro ta'siri

3) O‘tkazgichdan tok o‘tganda magnit ignani uning yonida aylantiring.

4) G'altakning ichiga magnit kiritilganda elektr tokining paydo bo'lishi.

Ikki parallel o'tkazgich bir xil yo'nalishda tok o'tkazsa, qanday o'zaro ta'sir qiladi?

jalb qilingan;

Ular itaradilar;

Kuchlarning kuchi va momenti nolga teng.

Kuch nolga teng, lekin kuch momenti nolga teng emas.

Amper kuchining moduli ifodasini qaysi formula aniqlaydi?

Lorents kuchining moduli ifodasini qaysi formula aniqlaydi?

B)

IN)

G)

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 .

Tezligi V bo'lgan elektron magnit chiziqlarga perpendikulyar bo'lgan induksiya moduli B bo'lgan magnit maydonga uchadi. Elektron orbitasining radiusi qaysi ifodaga mos keladi?

Javob: 1)
2)

4)

8. Zaryadlangan zarrachaning siklotronda aylanish davri uning tezligi 2 marta ortishi bilan qanday o'zgaradi? (V<< c).

1) 2 barobar oshirish; 2) 2 barobar oshirish;

3) 16 barobarga oshirish; 4) O'zgarmaydi.

9. Aylana radiusi R bo'lgan aylana tokning markazida hosil bo'lgan magnit maydonning induksiya moduli qanday formula bilan aniqlanadi?

1)
2)
3)
4)

10. Bobindagi oqim kuchi teng I. Formulalardan qaysi biri uzunligi bo'lgan g'altakning o'rtasida magnit maydon induksiyasi modulini aniqlaydi l N burilishlar soni bilan?

1)
2)
3)
4)

Laboratoriya ishi №

Yer magnit maydoni induksiyasining gorizontal komponentini aniqlash.

Laboratoriya ishi uchun qisqacha nazariya.

Magnit maydon - bu magnit o'zaro ta'sirlar deb ataladigan narsalarni uzatuvchi moddiy muhit. Magnit maydon elektromagnit maydonning namoyon bo'lish shakllaridan biridir.

Magnit maydonlarning manbalari - harakatlanuvchi elektr zaryadlari, oqim o'tkazuvchi o'tkazgichlar va o'zgaruvchan elektr maydonlari. Harakatlanuvchi zaryadlar (oqimlar) tomonidan hosil qilingan magnit maydon, o'z navbatida, faqat harakatlanuvchi zaryadlarga (oqimlarga) ta'sir qiladi, lekin statsionar zaryadlarga ta'sir qilmaydi.

Magnit maydonning asosiy xarakteristikasi magnit induksiya vektoridir :

Magnit induksiya vektorining kattaligi son jihatdan birlik quvvatli oqim o'tadigan birlik uzunlikdagi o'tkazgichga magnit maydondan ta'sir qiluvchi maksimal kuchga teng. Vektor kuch vektori va oqim yo'nalishi bilan o'ng qo'l uchlik hosil qiladi. Shunday qilib, magnit induksiya magnit maydonga xos kuchdir.

Magnit induksiyaning SI birligi Tesla (T) dir.

Magnit maydon chiziqlari xayoliy chiziqlar bo'lib, ularning har bir nuqtasida teglar magnit induksiya vektorining yo'nalishiga to'g'ri keladi. Magnit kuch chiziqlari har doim yopiq va hech qachon kesishmaydi.

Amper qonuni magnit maydonning oqim o'tkazuvchi o'tkazgichga ta'sirini aniqlaydi.

Agar induksiya bilan magnit maydonda bo'lsa oqim o'tkazuvchi o'tkazgich qo'yiladi, so'ngra har bir oqimga yo'naltirilgan element o'tkazgichga Amper kuchi ta'sir qiladi, bu munosabat bilan aniqlanadi

.

Amper kuchining yo'nalishi vektor mahsulotining yo'nalishiga to'g'ri keladi
, bular. vektorlar yotadigan tekislikka perpendikulyar Va (1-rasm).

Guruch. 1. Amper kuchining yo'nalishini aniqlash

Agar perpendikulyar , keyin Amper kuchining yo'nalishi chap qo'lning qoidasi bilan aniqlanishi mumkin: to'rtta cho'zilgan barmoqni oqim bo'ylab yo'naltiring, kaftni kuch chiziqlariga perpendikulyar qo'ying, keyin bosh barmog'i Amper kuchining yo'nalishini ko'rsatadi. Amper qonuni magnit induksiyaning ta'rifi uchun asosdir, ya'ni. munosabat (1) skalyar shaklda yozilgan (2) formuladan kelib chiqadi.

Lorents kuchi - bu sohada harakatlanuvchi zaryadlangan zarrachaga elektromagnit maydon ta'sir qiladigan kuch. Lorents kuch formulasini birinchi marta tajribani umumlashtirish natijasida G.Lorents olgan va quyidagi shaklga ega:

.

Qayerda
– elektr maydonidagi zaryadlangan zarrachaga intensivlik bilan ta’sir etuvchi kuch ;
– magnit maydonda zaryadlangan zarrachaga ta'sir qiluvchi kuch.

Lorents kuchining magnit komponentining formulasini Amper qonunidan olish mumkin, bunda oqim elektr zaryadlarining tartibli harakati hisoblanadi. Agar magnit maydon harakatlanuvchi zaryadlarga ta'sir qilmasa, u tok o'tkazuvchi o'tkazgichga hech qanday ta'sir ko'rsatmaydi. Lorents kuchining magnit komponenti quyidagi ifoda bilan aniqlanadi:

.

Bu kuch tezlik vektorlari yotadigan tekislikka perpendikulyar yo'naltiriladi va magnit maydon induksiyasi ; uning yo'nalishi vektor mahsulotining yo'nalishiga to'g'ri keladi
Uchun q > 0 va yo'nalish bilan
Uchun q>0 (2-rasm).

Guruch. 2. Lorents kuchining magnit komponentining yo'nalishini aniqlash

Agar vektor vektorga perpendikulyar , keyin musbat zaryadlangan zarralar uchun Lorents kuchining magnit komponentining yo'nalishini chap qo'l qoidasi, manfiy zaryadlangan zarralar uchun esa o'ng qo'l qoidasi yordamida topish mumkin. Lorentz kuchining magnit komponenti har doim tezlikka perpendikulyar yo'naltirilganligi sababli , keyin zarrachani harakatlantirish uchun hech qanday ish qilmaydi. U faqat tezlik yo'nalishini o'zgartirishi mumkin , zarrachaning traektoriyasini egish, ya'ni. markazga tortuvchi kuch vazifasini bajaradi.

Biot-Savart-Laplas qonuni magnit maydonlarni hisoblash uchun ishlatiladi (ta'riflar ) oqim o'tkazuvchi o'tkazgichlar tomonidan yaratilgan.

Bio-Savart-Laplas qonuniga ko'ra, o'tkazgichning har bir oqimga yo'naltirilgan elementi masofadagi nuqtada hosil qiladi bu elementdan magnit maydon hosil bo'ladi, uning induksiyasi quyidagi munosabatlar bilan belgilanadi:

.

Qayerda
H/m – magnit doimiy; µ - muhitning magnit o'tkazuvchanligi.

Guruch. 3. Bio-Savart-Laplas qonuni tomon

Yo'nalish
vektor mahsulotining yo'nalishiga to'g'ri keladi
, ya'ni.
vektorlar yotadigan tekislikka perpendikulyar Va . Bir vaqtning o'zida
kuch chizig'iga tangens bo'lib, uning yo'nalishi gimlet qoidasi bilan aniqlanishi mumkin: agar gimlet uchining translatsiya harakati oqim bo'ylab yo'naltirilgan bo'lsa, u holda tutqichning aylanish yo'nalishi gimletning yo'nalishini aniqlaydi. magnit maydon chizig'i (3-rasm).

Butun o'tkazgich tomonidan yaratilgan magnit maydonni topish uchun siz maydon superpozitsiyasi printsipini qo'llashingiz kerak:

.

Masalan, aylana oqimining markazidagi magnit induksiyani hisoblaymiz (4-rasm).

Guruch. 4. Doiraviy oqim markazidagi maydonni hisoblash tomon

Dumaloq oqim uchun
Va
, shuning uchun skalyar shakldagi (5) munosabat quyidagi ko'rinishga ega:

Umumiy oqim qonuni (magnit induksiya aylanish teoremasi) magnit maydonlarni hisoblash uchun yana bir qonundir.

Vakuumdagi magnit maydon uchun umumiy oqim qonuni quyidagi shaklga ega:

.

Qayerda B l – proyeksiya har bir o'tkazgich elementi uchun , oqim bo'ylab yo'naltirilgan.

Har qanday yopiq kontaktlarning zanglashiga olib boradigan magnit induksiya vektorining aylanishi magnit doimiyning mahsulotiga va ushbu sxema bilan qoplangan oqimlarning algebraik yig'indisiga teng.

Magnit maydon uchun Ostrogradskiy-Gauss teoremasi quyidagicha:

.

Qayerda B n – vektor proyeksiyasi normal holatga saytga dS.

Magnit induksiya vektorining ixtiyoriy yopiq sirt orqali o'tadigan oqimi nolga teng.

Magnit maydonning tabiati (9), (10) formulalaridan kelib chiqadi.

Elektr maydoni potentsialining sharti shundaki, intensivlik vektorining aylanishi nolga teng.
.

Potensial elektr maydoni statsionar elektr zaryadlari tomonidan hosil bo'ladi; Maydon chiziqlari yopiq emas, ular musbat zaryadlardan boshlanadi va manfiy zaryadlarda tugaydi.

(9) formuladan biz magnit maydonda magnit induksiya vektorining aylanishi noldan farq qilishini ko'ramiz, shuning uchun magnit maydon potentsial emas.

(10) munosabatdan kelib chiqadiki, potentsial magnit maydonlarni yaratishga qodir magnit zaryadlar mavjud emas. (Elektrostatikada shunga o'xshash teorema shaklda yonadi
.

Magnit kuch chiziqlari o'zlariga yaqinlashadi. Bunday maydon vorteks maydoni deb ataladi. Shunday qilib, magnit maydon vorteks maydonidir. Maydon chiziqlarining yo'nalishi gimlet qoidasi bilan belgilanadi. Tok o'tkazuvchi to'g'ri, cheksiz uzun o'tkazgichda kuch chiziqlari o'tkazgichni o'rab turgan konsentrik doiralar shakliga ega (3-rasm).