Ruch ładunków w polu magnetycznym

Transkrypt

1 Ruch ładunków w polu agnetyczny W polu agnetyczny i elektryczny na poruszające się ładunki działa siła Lorentza: F q E B Wykorzystuje się to w wielu urządzeniach, takich jak telewizor, ikroskop elektronowy, spektroetry asowe czy akceleratory cząstek. Spektroetr asowy Istnieje wiele różnych typów spektroetrów asowych, ale idea pochodzi od etody parabol opracowanej przez J.J. Thosona, przedstawionej powyżej. Przepuśćy przez obszar jednorodnych pól agnetycznego i elektrycznego wiązkę zjonizowanych atoów jakiejś substancji. W obszarze pól działają na jony siły odchylające, które nadają i prędkości

2 z q B b ; y gdzie jest prędkością w kierunku osi x, dużą w porównaniu z z i y. Odchylone jony biegną dalej w kierunku ekrany odległego o L (L>>b). Odchylenie jonów od środka ekranu wyrazi się przez z z t q b L B q E b ; y y t q b L E Jeżeli z pierwszego równania wyłączyy prędkość i podstawiy do drugiego, to otrzyay równanie paraboli, której paraetre jest stosunek e/ jonu: y E z 2 B 2 q LB Uożliwia to identyfikację jonów. Thoson wykazał w ten sposób istnienie izotopów. Podobnej etody używa się również do separacji izotopów w technice jądrowej. Cyklotron 2 Cząstka wpadająca w pole agnetyczne prostopadle do linii wektora indukcji agnetycznej doznaje zakrzywienia toru. Przyrównujey wyrażenia na siły Lorentza i dośrodkową skąd otrzyujey R q B ; R q B q B 2 R

3 Widać, że czas obiegu cząstki po okręgu nie zależy od prędkości, a jedynie od rodzaju cząstki. Cyklotron służy do przyspieszania cząstek eleentarnych i składa się z pary etalowych wnęk uieszczonych w prostopadły polu agnetyczny. W środku znajduje się źródło naładowanych cząstek, a poiędzy wnęki przykłada się źródło napięcia ziennego przyspieszającego cząstki przy każdy przejściu poiędzy wnękai. Efekt Halla Oddziaływanie pola agnetycznego na nośniki ładunków poruszające się w przewodnikach i przewodnikach powoduje wystąpienie w nich efektu Halla. Rozważy proces działania pola agnetycznego na nośniki prądu w prostopadłościanie o bokach a, b i d pokazany na rysunku. Przy założonych kierunkach prądu i i pola agnetycznego na dodatnie nośniki prądu działa siła Lorentza skierowana ku górze. Górna powierzchnia ładuje się dodatnio tak długo, aż pole siła elektrostatyczna zrównoważy siłę Lorenza

4 q E h q U h a q B Iloczyn q ożey policzyć z gęstości prądu w próbce j I a d n q skąd otrzyujey q U h B I a n a d zate poprzeczne napięcie pojawiające się na próbce wyniesie U h 1 n q Zjawiska Halla wykorzystuje się do poiaru koncentracji nośników (znając przewodnictwo ożey znaleźć również ruchliwość), a także do poiaru indukcji pola agnetycznego. Znak napięcia Halla zależy od znaku nośników ładunku. B I d

5 Do przeyślenia w długie wilgotne wieczory: -- W pewnej przestrzeni naładowana cząstka porusza się prostoliniowo. Czy w tej przestrzeni oże istnieć pole agnetyczne? Czy ogą istnieć jednocześnie pola elektryczne i agnetyczne? -- Aby uniknąć iskrzenia wyłączników wysokonapięciowych, rozłączanie styków przeprowadza się w obecności silnego pola agnetycznego. Jak powinno być skierowane to pole? -- Drut etalowy przewija się z jednej szpuli na drugą. Jednocześnie przez drut płynie prąd. Zwroty prędkości drutu i elektronów są przeciwne, a wartość taka saa. Czy zewnętrzny spoczywający obserwator zaobserwuje pole agnetyczne?