Lorentzin voima, joka vaikuttaa varautuneeseen hiukkaseen. Mikä on Lorentzin voima, mitkä ovat tämän voiman suuruus ja suunnat

OPETUS- JA TIETEMINISTERIÖ

VENÄJÄN FEDERAATIO

LIITTOVALTION TALOUSARVIOKOULUTUSLAITOS Ammattikorkeakoulusta

"KURGAN STATE YLIOPISTO"

ABSTRAKTI

Aiheessa "Fysiikka" Aihe: "Lorentzin voiman soveltaminen"

Täydentäjä: Ryhmän T-10915 opiskelija Logunova M.V.

Opettaja Vorontsov B.S.

Kurgan 2016

Johdanto 3

1. Lorentzin voiman käyttö 4

1.1. Elektronisuihkulaitteet 4

1.2 Massaspektrometria 5

1,3 MHD generaattori 7

1.4 Cyclotron 8

Johtopäätös 10

Viitteet 11

Johdanto

Lorentzin voima- voima, jolla sähkömagneettinen kenttä vaikuttaa klassisen (ei-kvantti) sähködynamiikan mukaan pistevarautuneeseen hiukkaseen. Joskus Lorentzin voimaa kutsutaan voimaksi, joka vaikuttaa liikkuvaan kohteeseen nopeudella υ veloittaa q vain magneettikentän puolelta, usein täydellä voimalla- sivusta elektro magneettikenttä yleisesti, toisin sanoen sähköpuolelta E magneettinen B kentät.

Kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä (SI) se ilmaistaan ​​seuraavasti:

F L = qυ B sin α

Se on nimetty hollantilaisen fyysikon Hendrik Lorentzin mukaan, joka johti ilmaisun tälle voimalle vuonna 1892. Kolme vuotta ennen Lorenzia oikean ilmaisun löysi O. Heaviside.

Lorentzin voiman makroskooppinen ilmentymä on Ampere-voima.

Lorentzin voiman käyttäminen

Magneettikentän vaikutusta liikkuviin varautuneisiin hiukkasiin käytetään tekniikassa hyvin laajasti.

Lorentzin voiman (tarkemmin sanottuna sen erikoistapaus - Ampere-voima) pääsovellus on sähkökoneet (sähkömoottorit ja generaattorit). Lorentz-voimaa käytetään laajalti elektronisissa laitteissa vaikuttamaan varautuneisiin hiukkasiin (elektroneihin ja joskus ioneihin), esimerkiksi televisiossa. katodisädeputket, V massaspektrometria Ja MHD generaattorit.

Myös tällä hetkellä luodussa kokeelliset tilat Hallitun lämpöydinreaktion suorittamiseksi magneettikentän vaikutusta plasmaan käytetään kiertämään se johtoon, joka ei kosketa työkammion seiniä. Varautuneiden hiukkasten ympyräliikettä tasaisessa magneettikentässä ja tällaisen liikkeen ajanjakson riippumattomuutta hiukkasnopeudesta käytetään varautuneiden hiukkasten syklisissä kiihdyttimissä - syklotronit.

1. Elektronisuihkulaitteet

Elektronisuihkulaitteet (EBD:t) ovat tyhjiöelektroniikkalaitteiden luokka, jotka käyttävät elektronivirtaa, joka on keskittynyt yksittäisen säteen tai säteen muotoon ja jonka voimakkuutta (virtaa) ja sijaintia avaruudessa ohjataan ja jotka ovat vuorovaikutuksessa laitteen paikallaan oleva paikka (näyttö). ELP:n pääasiallinen sovellusalue on optisen tiedon muuntaminen sähköisiksi signaaleiksi ja sähköisen signaalin käänteinen muuntaminen optiseksi signaaliksi - esimerkiksi näkyväksi televisiokuvaksi.

Katodisädelaitteiden luokkaan eivät kuulu röntgenputket, valokennot, valomonistimet, kaasupurkauslaitteet (dekatronit) ja vastaanottavat ja vahvistavat elektroniputket (sädetetrodit, sähköiset tyhjiöindikaattorit, lamput sekundääriemissiolla jne.) virtojen sädemuoto.

Elektronisuihkulaite koostuu vähintään kolmesta pääosasta:

Elektroninen kohdevalo (ase) muodostaa elektronisäteen (tai säteen säteen, esimerkiksi kolme sädettä värikuvaputkessa) ja ohjaa sen voimakkuutta (virtaa);

Poikkeutusjärjestelmä ohjaa säteen avaruudellista sijaintia (sen poikkeamaa kohdevalon akselista);

Vastaanottavan ELP:n kohde (näyttö) muuntaa säteen energian näkyvän kuvan valovirraksi; lähettävän tai tallentavan ELP:n kohde kerää avaruuspotentiaalin helpotuksen, jonka lukee pyyhkäisevä elektronisäde

CRT-sylinteriin syntyy syvä tyhjiö. Elektronisuihkun luomiseen käytetään elektronipistooliksi kutsuttua laitetta. Hehkulangan lämmittämä katodi emittoi elektroneja. Muuttamalla ohjauselektrodin (modulaattorin) jännitettä voit muuttaa elektronisäteen intensiteettiä ja vastaavasti kuvan kirkkautta. Aseesta poistuttuaan anodi kiihdyttää elektroneja. Seuraavaksi palkki kulkee poikkeutusjärjestelmän läpi, joka voi muuttaa säteen suuntaa. Televisio CRT:t käyttävät magneettista poikkeutusjärjestelmää, koska se tarjoaa suuret poikkeutuskulmat. Oskillografiset CRT-laitteet käyttävät sähköstaattista poikkeutusjärjestelmää, koska se tarjoaa paremman suorituskyvyn. Elektronisuihku osuu fosforilla peitettyyn näyttöön. Elektronien pommittama fosfori hehkuu ja nopeasti liikkuva vaihteleva kirkkauspiste luo kuvan näytölle.

2 Massaspektrometria

Massaspektrometria(massaspektroskopia, massaspektrografia, massaspektrianalyysi, massaspektrometrinen analyysi) - menetelmä aineen tutkimiseksi, joka perustuu kiinnostuksen kohteena olevien näytekomponenttien ionisoinnin aikana muodostuneiden ionien massa-varaussuhteen määrittämiseen. Yksi tehokkaimmista tavoista aineiden kvalitatiiviseen tunnistamiseen, joka mahdollistaa myös kvantitatiivisen määrityksen. Voimme sanoa, että massaspektrometria on näytteen molekyylien "punnitus".

Yksinkertaisimman massaspektrografin kaavio on esitetty kuvassa 2.

Kammiossa 1, josta ilma on pumpattu pois, on ionilähde 3. Kammio on sijoitettu tasaiseen magneettikenttään, jonka jokaisessa pisteessä induktio B⃗B→ on kohtisuorassa piirustuksen tasoon nähden ja suunnattu kohti meille (kuvassa 1 tämä kenttä on merkitty ympyröillä). Elektrodien A ja B väliin syötetään kiihdytysjännite, jonka vaikutuksesta lähteestä lähtevät ionit kiihtyvät ja tulevat tietyllä nopeudella magneettikenttään kohtisuoraan induktiolinjoja vastaan. Liikkuessaan magneettikentässä ympyräkaarta pitkin ionit putoavat valokuvalevylle 2, mikä mahdollistaa tämän kaaren säteen R määrittämisen. Tietäen magneettikentän induktio B ja ionien nopeus υ kaavan mukaan

(1)

ionien ominaisvaraus voidaan määrittää. Ja jos ionin varaus tunnetaan, sen massa voidaan laskea.

Massaspektrometrian historia juontaa juurensa J. J. Thomsonin merkittäviin kokeisiin 1900-luvun alussa. Menetelmän nimeen pääte "-metria" ilmestyi laajalle levinneen siirtymisen jälkeen varautuneiden hiukkasten havaitsemisesta valokuvalevyjen avulla ionivirtojen sähköisiin mittauksiin.

Erityisesti laaja sovellus massaspektrometrian löydöksiä analyysissä eloperäinen aine, koska se mahdollistaa sekä suhteellisen yksinkertaisten että monimutkaisten molekyylien luotettavan tunnistamisen. Ainoa asia yleinen vaatimus- jotta molekyyli voidaan ionisoida. Nyt se on kuitenkin keksitty

Näytteen komponenttien ionisointiin on niin monia tapoja, että massaspektrometriaa voidaan pitää lähes kaiken kattavana menetelmänä.

3 MHD generaattori

MHD-generaattorin, kuten tavanomaisen konegeneraattorin, toimintaperiaate perustuu sähkömagneettisen induktion ilmiöön, eli virran esiintymiseen johtimessa, joka ylittää magneettikenttäviivat. Toisin kuin konegeneraattorit, MHD-generaattorin johdin on itse työneste.

Työneste liikkuu magneettikentän poikki, ja magneettikentän vaikutuksesta syntyy vastakkaisiin suuntautuneita vastakkaisten merkkien varauksenkuljettajien virtauksia.

Lorentzin voima vaikuttaa varautuneeseen hiukkaseen.

Seuraavat väliaineet voivat toimia MHD-generaattorin työnesteenä:

Ensimmäiset MHD-generaattorit käyttivät sähköä johtavia nesteitä (elektrolyyttejä) työnesteenä. Nykyään käytetään plasmaa, jossa varauksenkantajat ovat pääasiassa vapaita elektroneja ja positiivisia ioneja. Magneettikentän vaikutuksesta varauksenkantajat poikkeavat liikeradalta, jota pitkin kaasu liikkuisi ilman kenttää. Tässä tapauksessa voimakkaassa magneettikentässä voi syntyä Hall-kenttä (katso Hall-ilmiö) - sähkökenttä, joka muodostuu varautuneiden hiukkasten törmäysten ja siirtymien seurauksena magneettikenttää vastaan ​​kohtisuorassa tasossa.

4 Cyclotron

Syklotroni on ei-relativististen raskaiden varautuneiden hiukkasten (protonien, ionien) resonoiva syklinen kiihdytin, jossa hiukkaset liikkuvat tasaisessa ja tasaisessa magneettikentässä ja niitä kiihdyttämiseen käytetään vakiotaajuista suurtaajuista sähkökenttää.

Syklotronin kytkentäkaavio on esitetty kuvassa 3. Raskaat varautuneet hiukkaset (protonit, ionit) tulevat kammioon injektorista lähellä kammion keskustaa ja kiihtyvät muuttuva kenttä kiinteä taajuus, jota sovelletaan kiihdytyselektrodeihin (niitä on kaksi ja niitä kutsutaan deeiksi). Hiukkaset, joiden varaus on Ze ja joiden massa on m, liikkuvat jatkuvassa magneettikentässä, jonka intensiteetti on B ja joka on suunnattu kohtisuoraan hiukkasten liiketasoon nähden, purkautuvassa spiraalissa. Nopeudella v olevan hiukkasen liikeradan säde R määritetään kaavalla

Syklotronissa ei-relativistiselle (γ ≈ 1) hiukkaselle vakiossa ja tasaisessa magneettikentässä kiertoradan säde on verrannollinen nopeuteen (1) ja ei-relativistisen hiukkasen pyörimistaajuuteen (syklotronitaajuus ei riipu hiukkasenergia

(2)

Kierteen viimeisessä käännöksessä poikkeutus sähkökenttä, tuo säteen ulos. Magneettikentän pysyvyys ja kiihdytyskentän taajuus mahdollistavat jatkuvan kiihtyvyyden. Vaikka jotkut hiukkaset liikkuvat spiraalin ulompia käänteitä pitkin, toiset ovat keskellä polkua ja toiset ovat vasta alkamassa liikkua.

Syklotronin haittana on hiukkasten olennaisesti ei-relativististen energioiden rajoitus, koska jopa ei kovin suuret relativistiset korjaukset (y:n poikkeamat yksiköstä) häiritsevät kiihtyvyyden synkronointia eri käännöksissä ja hiukkasilla, joilla on merkittävästi kasvanut energia, ei enää ole aikaa päätyvät kiihtyvyyteen vaadittavan sähkökentän vaiheessa dees-väliin. Perinteisissä syklotroneissa protonit voidaan kiihdyttää 20-25 MeV:iin.

Raskaiden hiukkasten kiihdyttämiseksi purkautuvassa spiraalitilassa kymmeniä kertoja suurempiin energioihin (jopa 1000 MeV) syklotronin muunnos ns. isokroninen(relativistinen) syklotroni sekä fasotroni. Isokronisissa syklotroneissa relativistiset vaikutukset kompensoidaan magneettikentän säteittäisellä kasvulla.

Johtopäätös

Piilotettu teksti

Kirjallinen johtopäätös (ensimmäisen osan kaikista alakohdista alkeellisin - toimintaperiaatteet, määritelmät)

Luettelo käytetystä kirjallisuudesta

Wikipedia [Elektroninen resurssi]: Lorentzin voima. URL-osoite: https://ru.wikipedia.org/wiki/Lorentz_Force

Wikipedia [Elektroninen resurssi]: Magnetohydrodynamic generator. URL-osoite: https://ru.wikipedia.org/wiki/Magnetohydrodynamic_generator

Wikipedia [Elektroninen resurssi]: Elektronisuihkulaitteet. URL-osoite: https://ru.wikipedia.org/wiki/Electron-beam_devices

Wikipedia [Elektroninen resurssi]: Massaspektrometria. URL-osoite: https://ru.wikipedia.org/wiki/Massaspektrometria

Ydinfysiikka Internetissä [Elektroninen resurssi]: Cyclotron. URL-osoite: http://nuclphys.sinp.msu.ru/experiment/accelerators/ciclotron.htm

Elektroninen fysiikan oppikirja [Elektroninen resurssi]: T. Lorentz-voiman sovellukset //URL: http://www.physbook.ru/index.php/ T. Lorentz-voiman sovellukset

Akateemikko [Elektroninen resurssi]: Magnetohydrodynamic generator //URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/MAGNETOHYDRODYNAMIC

Ampere teho, joka vaikuttaa johdinsegmenttiin, jonka pituus on Δ l virran voimakkuudella minä, joka sijaitsee magneettikentässä B,

Ampeerivoiman lauseke voidaan kirjoittaa seuraavasti:

Tätä voimaa kutsutaan Lorentzin voima . Kulma α tässä lausekkeessa on yhtä suuri kuin nopeuden ja välillä oleva kulma magneettisen induktion vektori Positiivisesti varautuneeseen hiukkaseen vaikuttavan Lorentzin voiman suunta sekä ampeerivoiman suunta voidaan löytää vasemman käden sääntö tai gimlet-sääntö. Vektorien suhteellinen sijainti ja positiivisesti varautuneelle hiukkaselle on esitetty kuvassa. 1.18.1.

Lorentzin voima on suunnattu kohtisuoraan vektoreihin ja

Kun varautunut hiukkanen liikkuu magneettikentässä, Lorentzin voima ei toimi. Siksi nopeusvektorin suuruus ei muutu hiukkasen liikkuessa.

Jos varautunut hiukkanen liikkuu tasaisessa magneettikentässä Lorentzin voiman vaikutuksesta ja sen nopeus on vektoriin nähden kohtisuorassa tasossa, hiukkanen liikkuu sädeympyrässä

Hiukkasen kiertoaika tasaisessa magneettikentässä on yhtä suuri kuin

nimeltään syklotronitaajuus . Syklotronitaajuus ei riipu hiukkasen nopeudesta (ja siten kineettisestä energiasta). Tätä tilannetta käytetään syklotronit – raskaiden hiukkasten (protonien, ionien) kiihdyttimet. Kaaviokuva syklotroni on esitetty kuvassa. 1.18.3.

Vahvan sähkömagneetin napojen väliin sijoitetaan tyhjiökammio, jossa on kaksi elektrodia onttojen metallisten puolisylintereiden muodossa ( dees ). Deesille syötetään vaihtojännite, jonka taajuus on yhtä suuri kuin syklotronitaajuus. Varautuneet hiukkaset ruiskutetaan tyhjökammion keskelle. Hiukkasia kiihdyttää dees-välissä oleva sähkökenttä. Deesin sisällä hiukkaset liikkuvat Lorentzin voiman vaikutuksesta puoliympyröinä, joiden säde kasvaa hiukkasten energian kasvaessa. Joka kerta kun hiukkanen lentää dees välisen raon läpi, sähkökenttä kiihdyttää sitä. Siten syklotronissa, kuten kaikissa muissa kiihdyttimissä, varautunutta hiukkasta kiihdyttää sähkökenttä ja magneettikenttä pitää sen liikeradalla. Syklotronit mahdollistavat protonien kiihdyttämisen 20 MeV:n luokkaa oleviin energioihin.

Tasaisia ​​magneettikenttiä käytetään monissa laitteissa ja erityisesti niissä massaspektrometrit – laitteet, joilla voit mitata varautuneiden hiukkasten – eri atomien ionien tai ytimien – massoja. Erotukseen käytetään massaspektrometrejä isotoopit, eli atomiytimiä, joilla on sama varaus, mutta eri massat (esimerkiksi 20 Ne ja 22 Ne). Yksinkertaisin massaspektrometri on esitetty kuvassa. 1.18.4. Ionit pakenevat lähteestä S, kulkevat useiden pienten reikien läpi muodostaen kapean säteen. Sitten he pääsevät sisään nopeuden valitsin , jossa hiukkaset liikkuvat sisään risteävät homogeeniset sähkö- ja magneettikentät. Tasaisen kondensaattorin levyjen väliin syntyy sähkökenttä, sähkömagneetin napojen väliseen rakoon syntyy magneettikenttä. Varautuneiden hiukkasten alkunopeus on suunnattu kohtisuoraan vektoreihin ja

Ristikkäisissä sähkö- ja magneettikentissä liikkuvaan hiukkaseen vaikuttaa sähkövoima ja magneettinen Lorentzin voima. Olettaen että E = υ B nämä voimat tasapainottavat tarkasti toisiaan. Jos tämä ehto täyttyy, hiukkanen liikkuu tasaisesti ja suoraviivaisesti, ja lennon jälkeen kondensaattorin läpi kulkee näytössä olevan reiän läpi. Tietyille sähkö- ja magneettikenttien arvoille valitsin valitsee hiukkaset, jotka liikkuvat nopeudella υ = E / B.

Seuraavaksi hiukkaset, joilla on sama nopeusarvo, tulevat massaspektrometrin kammioon, jossa syntyy tasainen magneettikenttä, joka liikkuu kammiossa magneettikenttään nähden kohtisuorassa tasossa Lorentzin voiman vaikutuksesta. Hiukkasten liikeradat ovat säteiden ympyröitä R = mυ / qB". Ratojen säteiden mittaaminen tunnetuille arvoille υ ja B" suhde voidaan määrittää q / m. Isotooppien tapauksessa ( q 1 = q 2) massaspektrometrin avulla voit erottaa hiukkasia, joilla on eri massat.

Nykyaikaiset massaspektrometrit mahdollistavat varautuneiden hiukkasten massojen mittaamisen yli 10 –4 tarkkuudella.

Jos hiukkasen nopeudella on komponentti magneettikentän suunnassa, niin tällainen hiukkanen liikkuu tasaisessa magneettikentässä spiraalimaisesti. Tässä tapauksessa spiraalin säde R riippuu vektorin magneettikenttään υ ┴ kohtisuorassa olevan komponentin moduulista ja spiraalin noususta s– pituuskomponentin υ || moduulista (Kuva 1.18.5).

Näin ollen varautuneen hiukkasen liikerata näyttää kiertävän magneettisen induktiolinjan ympäri. Tätä ilmiötä käytetään tekniikassa korkean lämpötilan plasman magneettinen lämmöneristys, eli täysin ionisoitua kaasua, jonka lämpötila on luokkaa 10 6 K. Tässä tilassa olevaa ainetta saadaan Tokamak-tyyppisissä laitoksissa tutkittaessa kontrolloituja lämpöydinreaktioita. Plasma ei saa joutua kosketuksiin kammion seinien kanssa. Lämmöneristys saavutetaan luomalla erityiskokoonpanon magneettikenttä. Esimerkkinä kuvassa. 1.18.6 näyttää varautuneen hiukkasen liikeradan sisään magneettinen "pullo"(tai loukussa ).

Samanlainen ilmiö esiintyy Maan magneettikentässä, joka suojaa kaikkea elävää avaruudesta tulevilta varautuneiden hiukkasten virroilta. Nopeasti varautuneet hiukkaset avaruudesta (pääasiassa Auringosta) "vangitaan" Maan magneettikentän toimesta ja muodostavat ns. säteilyvyöt (Kuva 1.18.7), jossa hiukkaset, kuten magneettisissa loukuissa, liikkuvat edestakaisin spiraalisia ratoja pitkin pohjoisen ja etelän magneettinapojen välillä sekunnin murto-osan aikoina. Vain napa-alueilla jotkut hiukkaset tunkeutuvat yläilmakehään aiheuttaen revontulia. Maan säteilyvyöhykkeet ulottuvat 500 km:n luokkaa olevista etäisyyksistä kymmeniin maapallon säteisiin. On muistettava, että maan etelämagneettinen napa sijaitsee lähellä pohjoista maantieteellistä napaa (Grönlannin luoteisosassa). Maan magnetismin luonnetta ei ole vielä tutkittu.

Kontrollikysymykset

1. Kuvaile Oerstedin ja Amperen kokeita.

2.Mikä on magneettikentän lähde?

3. Mikä on Amperen hypoteesi, joka selittää kestomagneetin magneettikentän olemassaolon?

4. Mikä on perustavanlaatuinen ero magneettikentän ja sähkökentän välillä?

5. Muotoile magneettisen induktiovektorin määritelmä.

6. Miksi magneettikenttää kutsutaan pyörteeksi?

7. Muotoile lait:

A) ampeeri;

B) Bio-Savart-Laplace.

8. Mikä on myötävirtakentän magneettisen induktiovektorin suuruus?

9. Muotoile virran yksikön (ampeeri) määritelmä Kansainvälinen järjestelmä yksiköitä.

10. Kirjoita muistiin määrää ilmaiseva kaava:

A) magneettisen induktiovektorin moduuli;

B) Ampeerivoimat;

B) Lorentzin voimat;

D) hiukkasen kierrosjakso tasaisessa magneettikentässä;

D) ympyrän kaarevuussäde, kun varautunut hiukkanen liikkuu magneettikentässä;

Itsekontrollitesti

Mitä havaittiin Oerstedin kokeessa?

1) Kahden rinnakkaisen johtimen vuorovaikutus virran kanssa.

2) Kahden magneettineulan vuorovaikutus

3) Pyöritä magneettista neulaa johtimen lähellä, kun virta kulkee sen läpi.

4) Sähkövirran esiintyminen kelassa, kun magneetti työnnetään siihen.

Kuinka kaksi rinnakkaista johdinta toimivat vuorovaikutuksessa, jos ne kuljettavat virtoja samaan suuntaan?

Houkutti;

He työntävät pois;

Voimien voima ja momentti ovat nolla.

Voima on nolla, mutta voimamomentti ei ole nolla.

Mikä kaava määrittää ampeerivoiman moduulin lausekkeen?

Mikä kaava määrittää Lorentzin voiman moduulin lausekkeen?

B)

SISÄÄN)

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 .

Elektroni, jonka nopeus on V, lentää magneettikenttään, jonka induktiomoduuli B on kohtisuorassa magneettijuovia vastaan. Mikä lauseke vastaa elektronin kiertoradan sädettä?

Vastaus: 1)
2)

4)

8. Kuinka varautuneen hiukkasen kierrosaika syklotronissa muuttuu, kun sen nopeus kaksinkertaistuu? (V<< c).

1) Kasvata 2 kertaa; 2) Kasvata 2 kertaa;

3) Kasvata 16 kertaa; 4) Ei muutu.

9. Mikä kaava määrittää ympyräsäteellä R olevan ympyränmuotoisen virran keskelle muodostuvan magneettikentän induktiomoduulin?

1)
2)
3)
4)

10. Kelan virranvoimakkuus on yhtä suuri kuin minä. Mikä kaava määrittää magneettikentän induktiomoduulin pituuskelan keskellä l kierrosten lukumäärällä N?

1)
2)
3)
4)

Laboratoriotyö nro.

Maan magneettikentän induktion vaakakomponentin määritys.

Lyhyt teoria laboratoriotyöskentelyyn.

Magneettikenttä on materiaalinen väliaine, joka välittää niin kutsuttuja magneettisia vuorovaikutuksia. Magneettikenttä on yksi sähkömagneettisen kentän ilmenemismuodoista.

Magneettikenttien lähteitä ovat liikkuvat sähkövaraukset, virtaa kuljettavat johtimet ja vaihtuvat sähkökentät. Liikkuvien varausten (virtojen) synnyttämä magneettikenttä puolestaan ​​vaikuttaa vain liikkuviin varauksiin (virtoihin), mutta sillä ei ole vaikutusta paikallaan oleviin varauksiin.

Magneettikentän pääominaisuus on magneettinen induktiovektori :

Magneettisen induktiovektorin suuruus on numeerisesti yhtä suuri kuin suurin voima, joka vaikuttaa magneettikentästä yksikköpituiseen johtimeen, jonka läpi yksikkövoimainen virta kulkee. Vektori muodostaa oikeakätisen kolmion voimavektorin ja virran suunnan kanssa. Siten magneettinen induktio on magneettikentälle ominaista voimaa.

Magneettisen induktion SI-yksikkö on Tesla (T).

Magneettikenttäviivat ovat kuvitteellisia viivoja, joiden jokaisessa pisteessä tangentit ovat yhtäpitäviä magneettisen induktiovektorin suunnan kanssa. Magneettiset voimalinjat ovat aina suljettuja eivätkä koskaan leikkaa.

Amperen laki määrää magneettikentän voimavaikutuksen virtaa kuljettavaan johtimeen.

Jos magneettikentässä, jossa on induktio sijoitetaan virtaa johtava johdin, sitten jokainen virtaohjattu elementti johtimeen vaikuttaa suhteen määräämä ampeerivoima

Ampeerivoiman suunta on sama kuin vektoritulon suunta
, nuo. se on kohtisuorassa tasoon nähden, jossa vektorit sijaitsevat Ja (Kuva 1).

Riisi. 1. Ampeerivoiman suunnan määrittäminen

Jos kohtisuorassa , sitten ampeerivoiman suunta voidaan määrittää vasemman käden säännöllä: suuntaa neljä ojennettua sormea ​​virtaa pitkin, aseta kämmen kohtisuoraan voimalinjoja vastaan, sitten peukalo näyttää ampeerivoiman suunnan. Amperen laki on magneettisen induktion määritelmän perusta, ts. relaatio (1) seuraa kaavasta (2), joka on kirjoitettu skalaarimuotoon.

Lorentzin voima on voima, jolla sähkömagneettinen kenttä vaikuttaa tässä kentässä liikkuvaan varautuneeseen hiukkaseen. Lorentzin voimakaavan sai ensimmäisenä G. Lorentz kokemuksen yleistämisen tuloksena ja se on muotoa:

Missä
– voima, joka vaikuttaa varautuneeseen hiukkaseen sähkökentässä, jonka voimakkuus ;
– voima, joka vaikuttaa varautuneeseen hiukkaseen magneettikentässä.

Lorentzin voiman magneettisen komponentin kaava saadaan Amperen laista, kun otetaan huomioon, että virta on sähkövarausten määrätty liike. Jos magneettikenttä ei vaikuttaisi liikkuviin varauksiin, sillä ei olisi mitään vaikutusta virtaa kuljettavaan johtimeen. Lorentzin voiman magneettinen komponentti määritetään lausekkeella:

Tämä voima on suunnattu kohtisuoraan tasoon, jossa nopeusvektorit sijaitsevat ja magneettikentän induktio ; sen suunta on sama kuin vektoritulon suunta
varten q > 0 ja suunnalla
varten q>0 (Kuva 2).

Riisi. 2. Lorentzin voiman magneettisen komponentin suunnan määrittäminen

Jos vektori kohtisuorassa vektoriin nähden , niin Lorentzin voiman magneettikomponentin suunta positiivisesti varautuneille hiukkasille löytyy vasemman käden säännön avulla ja negatiivisesti varautuneiden hiukkasten säännön avulla oikea käsi. Koska Lorentzin voiman magneettinen komponentti on aina suunnattu kohtisuoraan nopeuteen nähden , silloin se ei tee mitään työtä hiukkasen liikuttamiseksi. Se voi muuttaa vain nopeuden suuntaa , taivuttaa hiukkasen liikerataa, ts. toimii keskipitkänä voimana.

Biot-Savart-Laplacen lakia käytetään magneettikenttien laskemiseen (määritelmiä ) ovat syntyneet virtaa kuljettavien johtimien avulla.

Biot-Savart-Laplacen lain mukaan johtimen jokainen virtasuuntainen elementti luo etäisyyden päässä olevasta pisteestä tästä elementistä magneettikenttä, jonka induktio määräytyy suhteella:

Missä
H/m – magneettinen vakio; µ – väliaineen magneettinen permeabiliteetti.

Riisi. 3. Kohti Biot-Savart-Laplacen lakia

Suunta
osuu yhteen vektoritulon suunnan kanssa
, eli
kohtisuorassa tasoon nähden, jossa vektorit sijaitsevat Ja . Samanaikaisesti
on tangentti voimalinjalle, jonka suunta voidaan määrittää gimlet-säännöllä: jos gimletin kärjen translaatioliike on suunnattu virtaa pitkin, kahvan pyörimissuunta määrää magneettikenttäviiva (kuva 3).

Koko johtimen luoman magneettikentän löytämiseksi sinun on sovellettava kentän superpositiota:

Lasketaan esimerkiksi magneettinen induktio pyöreän virran keskellä (kuva 4).

Riisi. 4. Kohti pyöreän virran keskellä olevan kentän laskentaa

Pyöreälle virralle
Ja
, siksi relaatiolla (5) skalaarimuodossa on muoto:

Kokonaisvirran laki (magneettisen induktion kiertolause) on toinen laki magneettikenttien laskemiseksi.

Tyhjiössä olevan magneettikentän kokonaisvirtalaki on muotoa:

Missä B l – projektio per johdinelementti , suunnattu virtaa pitkin.

Magneettisen induktiovektorin kierto mitä tahansa suljettua piiriä pitkin on yhtä suuri kuin magneettivakion ja tämän piirin kattamien virtojen algebrallisen summan tulo.

Magneettikentän Ostrogradsky-Gaussin lause on seuraava:

Missä B n – vektoriprojektio normaaliksi sivustolle dS.

Magneettisen induktiovektorin vuo mielivaltaisen suljetun pinnan läpi on nolla.

Magneettikentän luonne seuraa kaavoista (9), (10).

Mahdollisuuden ehto sähkökenttä on jännitysvektorin kiertokulun yhtäläisyys nollaan
.

Kiinteät sähkövaraukset synnyttävät potentiaalisen sähkökentän; kenttälinjat eivät ole kiinni, ne alkavat klo positiivisia latauksia ja päättyy negatiivisiin.

Kaavasta (9) näemme, että magneettikentässä magneettisen induktiovektorin kierto on eri kuin nolla, joten magneettikenttä ei ole potentiaalinen.

Suhteesta (10) seuraa, että magneettisia varauksia, jotka pystyvät luomaan potentiaalisia magneettikenttiä, ei ole olemassa. (Sähkostatiikassa samanlainen teoreema kytenee muodossa
.

Magneettiset voimalinjat sulkeutuvat itseensä. Tällaista kenttää kutsutaan pyörrekenttään. Siten magneettikenttä on pyörrekenttä. Kenttäviivojen suunta määräytyy gimlet-säännön mukaan. Suorassa, äärettömän pitkässä johtimessa, joka kantaa virtaa, voimalinjat ovat samankeskisten ympyröiden muotoisia, jotka ympäröivät johdinta (kuva 3).

Ampere-voiman, Coulombin vuorovaikutuksen ja sähkömagneettisten kenttien ohella Lorentzin voiman käsite kohdataan usein fysiikassa. Tämä ilmiö on yksi sähkötekniikan ja elektroniikan perusilmiöistä muiden ohella. Se vaikuttaa magneettikentässä liikkuviin varauksiin. Tässä artikkelissa tarkastelemme lyhyesti ja selkeästi, mikä Lorentzin voima on ja missä sitä käytetään.

Määritelmä

Kun elektronit liikkuvat johtimessa, sen ympärille syntyy magneettikenttä. Samanaikaisesti, jos asetat johtimen poikittaiseen magneettikenttään ja siirrät sitä, syntyy sähkömagneettinen induktio-emf. Jos virta kulkee magneettikentässä olevan johtimen läpi, siihen vaikuttaa ampeerivoima.

Sen arvo riippuu virtaavasta virrasta, johtimen pituudesta, magneettisen induktiovektorin suuruudesta sekä magneettikenttälinjojen ja johtimen välisen kulman sinistä. Se lasketaan kaavalla:

Tarkasteltava voima on osittain samanlainen kuin edellä käsitelty, mutta ei vaikuta johtimeen, vaan liikkuvaan varautuneeseen hiukkaseen magneettikentässä. Kaava näyttää tältä:

Tärkeä! Lorentzin voima (Fl) vaikuttaa magneettikentässä liikkuvaan elektroniin ja johtimeen - ampeeriin.

Näistä kahdesta kaavasta on selvää, että sekä ensimmäisessä että toisessa tapauksessa mitä lähempänä kulman alfa sini on 90 astetta, sitä suurempi on Fa:n tai Fl:n vaikutus johtimeen tai vastaavasti varaukseen.

Joten Lorentzin voima ei kuvaa nopeuden muutosta, vaan magneettikentän vaikutusta varautuneeseen elektroniin tai positiiviseen ioniin. Altistuessaan niille Fl ei tee mitään työtä. Näin ollen varautuneen hiukkasen nopeuden suunta muuttuu, ei sen suuruus.

Mitä tulee Lorentzin voiman mittayksikköön, kuten muidenkin fysiikan voimien tapauksessa, käytetään sellaista määrää kuin Newton. Sen komponentit:

Miten Lorentzin voima ohjataan?

Lorentzin voiman suunnan määrittämiseksi, kuten ampeerivoiman kanssa, toimii vasemman käden sääntö. Tämä tarkoittaa, että ymmärtääksesi mihin Fl-arvo on suunnattu, sinun on avattava vasemman kätesi kämmen niin, että magneettiset induktioviivat tulevat käteesi ja ojennetut neljä sormea ​​osoittavat nopeusvektorin suunnan. Sitten suorassa kulmassa kämmenelle taivutettu peukalo osoittaa Lorentzin voiman suunnan. Alla olevasta kuvasta näet kuinka suunta määritetään.

Huomio! Lorentzin toiminnan suunta on kohtisuorassa hiukkasten liikettä ja magneettisia induktiolinjoja vastaan.

Tässä tapauksessa, tarkemmin sanottuna, positiivisesti ja negatiivisesti varautuneille hiukkasille sillä on merkitystä neljän suunta levittää sormia. Yllä kuvattu vasemman käden sääntö on muotoiltu positiiviselle hiukkaselle. Jos se on negatiivisesti varautunut, magneettisen induktion linjoja ei tulisi suunnata avointa kämmentä kohti, vaan sen selkää kohti, ja vektorin Fl suunta on päinvastainen.

Nyt kerromme yksinkertaisilla sanoilla, mitä tämä ilmiö antaa meille ja mikä todellinen vaikutus sillä on maksuihin. Oletetaan, että elektroni liikkuu tasossa, joka on kohtisuorassa magneettisten induktiolinjojen suuntaan. Olemme jo maininneet, että Fl ei vaikuta nopeuteen, vaan muuttaa vain hiukkasten liikkeen suuntaa. Silloin Lorentzin voimalla on keskipetaalinen vaikutus. Tämä näkyy alla olevassa kuvassa.

Sovellus

Kaikista Lorentzin voiman käyttöalueista yksi suurimmista on hiukkasten liike maan magneettikentässä. Jos katsomme planeettamme suurena magneetina, niin pohjoisten magneettinapojen lähellä sijaitsevat hiukkaset liikkuvat kiihdytetyssä spiraalissa. Tämän seurauksena ne törmäävät yläilmakehän atomien kanssa, ja näemme revontulet.

On kuitenkin muita tapauksia, joissa tämä ilmiö pätee. Esimerkiksi:

• Katodisädeputket. Sähkömagneettisissa poikkeutusjärjestelmissään. CRT-laitteita on käytetty yli 50 vuotta peräkkäin erilaisissa laitteissa yksinkertaisimmasta oskilloskoopista televisioihin. erilaisia ​​muotoja ja koot. On mielenkiintoista, että värien toiston ja grafiikan kanssa työskentelyn suhteen jotkut käyttävät edelleen CRT-näyttöjä.
• Sähkökoneet – generaattorit ja moottorit. Vaikka Ampere-voima toimii todennäköisemmin täällä. Mutta näitä määriä voidaan pitää vierekkäisinä. Kuitenkin tämä monimutkaisia ​​laitteita joiden toiminnan aikana havaitaan monien fysikaalisten ilmiöiden vaikutus.
• Varautuneiden hiukkasten kiihdyttimissä niiden kiertoradan ja suunnan asettamiseksi.

Johtopäätös

Tehdään yhteenveto ja hahmotellaan tämän artikkelin neljä pääkohtaa yksinkertaisella kielellä:

1. Lorentzin voima vaikuttaa varautuneisiin hiukkasiin, jotka liikkuvat magneettikentässä. Tämä seuraa peruskaavasta.
2. Se on suoraan verrannollinen varautuneen hiukkasen nopeuteen ja magneettiseen induktioon.
3. Ei vaikuta hiukkasnopeuteen.
4. Vaikuttaa hiukkasen suuntaan.

Sen rooli on melko suuri "sähköalalla". Asiantuntijan ei tule unohtaa teoreettisia perustietoja fysikaalisista peruslaeista. Tämä tieto on hyödyllistä sekä niille, jotka käsittelevät tieteellistä työtä, suunnittelu ja vain yleiseen kehittämiseen.

Nyt tiedät mikä Lorentzin voima on, mikä se on ja kuinka se vaikuttaa varautuneisiin hiukkasiin. Jos sinulla on kysyttävää, kysy ne artikkelin alla olevissa kommenteissa!

Materiaalit

ABSTRAKTI

Aiheessa "fysiikka"
Aihe: "Lorentzin voiman soveltaminen"

Täydentäjä: Ryhmän T-10915 opiskelija Logunova M.V.

Opettaja Vorontsov B.S.

Kurgan 2016

Johdanto. 3

1. Lorentzin voiman käyttö. 4

.. 4

1. 2 Massaspektrometria. 6

1. 3 MHD generaattori. 7

1. 4 Cyclotron. 8

Johtopäätös. yksitoista

Luettelo käytetystä kirjallisuudesta... 13

Johdanto

Lorentzin voima- voima, jolla sähkömagneettinen kenttä vaikuttaa klassisen (ei-kvantti) sähködynamiikan mukaan pistevarautuneeseen hiukkaseen. Joskus Lorentzin voimaa kutsutaan voimaksi, joka vaikuttaa liikkuvaan kohteeseen nopeudella υ veloittaa q vain magneettikentän puolelta, usein täydellä voimakkuudella - sähkömagneettisen kentän puolelta yleensä, toisin sanoen sähkön puolelta E ja magneettinen B kentät.

Kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä (SI) se ilmaistaan ​​seuraavasti:

F L = q υ B sin α

Se on nimetty hollantilaisen fyysikon Hendrik Lorentzin mukaan, joka johti ilmaisun tälle voimalle vuonna 1892. Kolme vuotta ennen Lorenzia oikean ilmaisun löysi O. Heaviside.

Lorentzin voiman makroskooppinen ilmentymä on Ampere-voima.

Lorentzin voiman käyttäminen

Magneettikentän vaikutusta liikkuviin varautuneisiin hiukkasiin käytetään tekniikassa hyvin laajasti.

Lorentzin voiman (tarkemmin sanottuna sen erikoistapaus - Ampere-voima) pääsovellus on sähkökoneet (sähkömoottorit ja generaattorit). Lorentz-voimaa käytetään laajalti elektronisissa laitteissa vaikuttamaan varautuneisiin hiukkasiin (elektroneihin ja joskus ioneihin), esimerkiksi televisiossa. katodisädeputket , V massaspektrometria Ja MHD generaattorit.

Myös tällä hetkellä luoduissa kokeellisissa laitteistoissa hallitun lämpöydinreaktion suorittamiseksi käytetään plasman magneettikentän vaikutusta sen kiertämiseen johtoon, joka ei kosketa työkammion seiniä. Varautuneiden hiukkasten ympyräliikettä tasaisessa magneettikentässä ja tällaisen liikkeen ajanjakson riippumattomuutta hiukkasnopeudesta käytetään varautuneiden hiukkasten syklisissä kiihdyttimissä - syklotronit.

1. 1. Elektronisuihkulaitteet

Elektronisuihkulaitteet (EBD:t) ovat tyhjiöelektroniikkalaitteiden luokka, jotka käyttävät elektronivirtaa, joka on keskittynyt yksittäisen säteen tai säteen muotoon ja jonka voimakkuutta (virtaa) ja sijaintia avaruudessa ohjataan ja jotka ovat vuorovaikutuksessa laitteen paikallaan oleva paikka (näyttö). ELP:n pääasiallinen sovellusalue on optisen tiedon muuntaminen sähköisiksi signaaleiksi ja sähköisen signaalin käänteinen muuntaminen optiseksi signaaliksi - esimerkiksi näkyväksi televisiokuvaksi.

Katodisädelaitteiden luokkaan eivät kuulu röntgenputket, valokennot, valomonistimet, kaasupurkauslaitteet (dekatronit) ja vastaanottavat ja vahvistavat elektroniputket (sädetetrodit, sähköiset tyhjiöindikaattorit, lamput sekundääriemissiolla jne.) virtojen sädemuoto.

Elektronisuihkulaite koostuu vähintään kolmesta pääosasta:

· Elektroninen kohdevalo (ase) muodostaa elektronisäteen (tai säteen säteen, esimerkiksi kolme sädettä värikuvaputkessa) ja ohjaa sen voimakkuutta (virtaa);

· Poikkeutusjärjestelmä ohjaa säteen avaruudellista sijaintia (sen poikkeamaa kohdevalon akselista);

· Vastaanottavan ELP:n kohde (näyttö) muuntaa säteen energian näkyvän kuvan valovirraksi; lähettävän tai tallentavan ELP:n kohde kerää avaruuspotentiaalin helpotuksen, jonka lukee pyyhkäisevä elektronisäde

Laitteen yleiset periaatteet.

CRT-sylinteriin syntyy syvä tyhjiö. Elektronisuihkun luomiseksi käytetään laitetta nimeltä elektronitykki. Hehkulangan lämmittämä katodi emittoi elektroneja. Muuttamalla ohjauselektrodin (modulaattorin) jännitettä voit muuttaa elektronisäteen intensiteettiä ja vastaavasti kuvan kirkkautta. Aseesta poistuttuaan anodi kiihdyttää elektroneja. Seuraavaksi palkki kulkee poikkeutusjärjestelmän läpi, joka voi muuttaa säteen suuntaa. Televisio CRT:t käyttävät magneettista poikkeutusjärjestelmää, koska se tarjoaa suuret poikkeutuskulmat. Oskillografiset CRT-laitteet käyttävät sähköstaattista poikkeutusjärjestelmää, koska se tarjoaa paremman suorituskyvyn. Elektronisuihku osuu fosforilla peitettyyn näyttöön. Elektronien pommittama fosfori hehkuu ja nopeasti liikkuva vaihteleva kirkkauspiste luo kuvan näytölle.

1. 2 Massaspektrometria

Lorentzin voimaa käytetään myös massaspektrografeiksi kutsutuissa instrumenteissa, jotka on suunniteltu erottamaan varautuneita hiukkasia niiden erityisvarauksen mukaan.

Massaspektrometria(massaspektroskopia, massaspektrografia, massaspektrianalyysi, massaspektrometrinen analyysi) - menetelmä aineen tutkimiseksi, joka perustuu kiinnostuksen kohteena olevien näytekomponenttien ionisoinnissa muodostuneiden ionien massa-varaussuhteen määrittämiseen. Yksi tehokkaimmista tavoista aineiden kvalitatiiviseen tunnistamiseen, joka mahdollistaa myös kvantitatiivisen määrityksen. Voimme sanoa, että massaspektrometria on näytteen molekyylien "punnitus".

Yksinkertaisimman massaspektrografin kaavio on esitetty kuvassa 2.

Kammiossa 1, josta ilma on poistettu, on ionilähde 3. Kammio on sijoitettu tasaiseen magneettikenttään, jonka jokaisessa pisteessä induktio B⃗ B→ on kohtisuorassa piirustuksen tasoon nähden ja suunnattu kohti meille (kuvassa 1 tämä kenttä on merkitty ympyröillä). Elektrodien A ja B väliin syötetään kiihdytysjännite, jonka vaikutuksesta lähteestä lähtevät ionit kiihtyvät ja tulevat tietyllä nopeudella magneettikenttään kohtisuoraan induktiolinjoja vastaan. Liikkuessaan magneettikentässä ympyräkaarta pitkin ionit putoavat valokuvalevylle 2, mikä mahdollistaa tämän kaaren säteen R määrittämisen. Tietäen magneettikentän induktio B ja ionien nopeus υ kaavan mukaan

ionien ominaisvaraus voidaan määrittää. Ja jos ionin varaus tunnetaan, sen massa voidaan laskea.

Massaspektrometrian historia juontaa juurensa J. J. Thomsonin merkittäviin kokeisiin 1900-luvun alussa. Menetelmän nimeen pääte "-metria" ilmestyi laajalle levinneen siirtymisen jälkeen varautuneiden hiukkasten havaitsemisesta valokuvalevyjen avulla ionivirtojen sähköisiin mittauksiin.

Massaspektrometriaa käytetään erityisen laajalti orgaanisten aineiden analysoinnissa, koska se mahdollistaa sekä suhteellisen yksinkertaisten että monimutkaisten molekyylien luotettavan tunnistamisen. Ainoa yleinen vaatimus on, että molekyyli on ionisoituva. Nyt se on kuitenkin keksitty

Näytteen komponenttien ionisointiin on niin monia tapoja, että massaspektrometriaa voidaan pitää lähes kaiken kattavana menetelmänä.

1. 3 MHD generaattori

Magnetohydrodynaaminen generaattori, MHD-generaattori on voimalaitos, jossa magneettikentässä liikkuvan työnesteen (nestemäisen tai kaasumaisen sähköä johtavan väliaineen) energia muunnetaan suoraan sähköenergiaksi.

MHD-generaattorin, kuten tavanomaisen konegeneraattorin, toimintaperiaate perustuu sähkömagneettisen induktion ilmiöön, eli virran esiintymiseen johtimessa, joka ylittää magneettikenttäviivat. Toisin kuin konegeneraattorit, MHD-generaattorin johdin on itse työneste.

Työneste liikkuu magneettikentän poikki, ja magneettikentän vaikutuksesta syntyy vastakkaisiin suuntautuneita vastakkaisten merkkien varauksenkuljettajien virtauksia.

Lorentzin voima vaikuttaa varautuneeseen hiukkaseen.

Seuraavat väliaineet voivat toimia MHD-generaattorin työnesteenä:

· elektrolyytit;

· nestemäiset metallit;

· plasma (ionisoitu kaasu).

Ensimmäiset MHD-generaattorit käyttivät sähköä johtavia nesteitä (elektrolyyttejä) työnesteenä. Nykyään käytetään plasmaa, jossa varauksenkantajat ovat pääasiassa vapaita elektroneja ja positiivisia ioneja. Magneettikentän vaikutuksesta varauksenkantajat poikkeavat liikeradalta, jota pitkin kaasu liikkuisi ilman kenttää. Tässä tapauksessa voimakkaassa magneettikentässä voi syntyä Hall-kenttä (katso Hall-ilmiö) - sähkökenttä, joka muodostuu varautuneiden hiukkasten törmäysten ja siirtymien seurauksena magneettikenttää vastaan ​​kohtisuorassa tasossa.

1. 4 Cyclotron

Syklotroni on ei-relativististen raskaiden varautuneiden hiukkasten (protonien, ionien) resonoiva syklinen kiihdytin, jossa hiukkaset liikkuvat tasaisessa ja tasaisessa magneettikentässä ja niitä kiihdyttämiseen käytetään vakiotaajuista suurtaajuista sähkökenttää.

Syklotronin kytkentäkaavio on esitetty kuvassa 3. Raskaat varautuneet hiukkaset (protonit, ionit) tulevat kammioon injektorista lähellä kammion keskustaa ja niitä kiihdytetään kiinteätaajuisella vaihtelevalla kentällä, joka kohdistetaan kiihdytyselektrodeihin (niitä on kaksi ja niitä kutsutaan deeiksi). Hiukkaset, joiden varaus on Ze ja joiden massa on m, liikkuvat jatkuvassa magneettikentässä, jonka intensiteetti on B ja joka on suunnattu kohtisuoraan hiukkasten liiketasoon nähden, purkautuvassa spiraalissa. Nopeudella v olevan hiukkasen liikeradan säde R määritetään kaavalla

missä γ = -1/2 on relativistinen tekijä.

Syklotronissa ei-relativistiselle (γ ≈ 1) hiukkaselle vakiossa ja tasaisessa magneettikentässä kiertoradan säde on verrannollinen nopeuteen (1) ja ei-relativistisen hiukkasen pyörimistaajuuteen (syklotronitaajuus ei riipu hiukkasenergia

Terien välisessä raossa hiukkasia kiihdytetään pulssivoimaisella sähkökentällä (onttojen metallisten deesien sisällä ei ole sähkökenttää). Tämän seurauksena kiertoradan energia ja säde kasvavat. Toistamalla sähkökentän kiihtyvyys jokaisella kierroksella saadaan kiertoradan energia ja säde suurin sallittuihin arvoihin. Tässä tapauksessa hiukkaset saavat nopeuden v = ZeBR/m ja vastaavan energian:

Spiraalin viimeisessä käännöksessä syttyy taipuva sähkökenttä, joka johtaa säteen ulos. Magneettikentän pysyvyys ja kiihdytyskentän taajuus mahdollistavat jatkuvan kiihtyvyyden. Vaikka jotkut hiukkaset liikkuvat spiraalin ulompia käänteitä pitkin, toiset ovat keskellä polkua ja toiset ovat vasta alkamassa liikkua.

Syklotronin haittana on hiukkasten olennaisesti ei-relativististen energioiden rajoitus, koska jopa ei kovin suuret relativistiset korjaukset (y:n poikkeamat yksiköstä) häiritsevät kiihtyvyyden synkronointia eri käännöksissä ja hiukkasilla, joilla on merkittävästi kasvanut energia, ei enää ole aikaa päätyvät kiihtyvyyteen vaadittavan sähkökentän vaiheessa dees-väliin. Perinteisissä syklotroneissa protonit voidaan kiihdyttää 20-25 MeV:iin.

Raskaiden hiukkasten kiihdyttämiseksi purkautuvassa spiraalitilassa kymmeniä kertoja suurempiin energioihin (jopa 1000 MeV) syklotronin muunnos ns. isokroninen(relativistinen) syklotroni sekä fasotroni. Isokronisissa syklotroneissa relativistiset vaikutukset kompensoidaan magneettikentän säteittäisellä kasvulla.

Johtopäätös

Piilotettu teksti

Kirjallinen johtopäätös (ensimmäisen osan kaikista alakohdista alkeellisin - toimintaperiaatteet, määritelmät)

Luettelo käytetystä kirjallisuudesta

1. Wikipedia [Elektroninen resurssi]: Lorentzin voima. URL-osoite: https://ru.wikipedia.org/wiki/Lorentz_Force

2. Wikipedia [Elektroninen resurssi]: Magnetohydrodynamic generator. URL-osoite: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Magnetohydrodynamic_generator

3. Wikipedia [Elektroninen resurssi]: Elektronisuihkulaitteet. URL-osoite: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Electron-beam_devices

4. Wikipedia [Elektroninen resurssi]: Massaspektrometria. URL-osoite: https://ru.wikipedia.org/wiki/Massaspektrometria

5. Ydinfysiikka Internetissä [Elektroninen resurssi]: Cyclotron. URL-osoite: http://nuclphys.sinp.msu.ru/experiment/accelerators/ciclotron.htm

6. Elektroninen fysiikan oppikirja [Elektroninen resurssi]: T. Applications of the Lorentz force // URL: http://www.physbook.ru/index.php/ T. Applications of the Lorentz force

7. Akateemikko [Elektroninen resurssi]: Magnetohydrodynamic generator // URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/MAGNETOHYDRODYNAMIC

©2015-2019 sivusto
Kaikki oikeudet kuuluvat niiden tekijöille. Tämä sivusto ei vaadi tekijää, mutta tarjoaa ilmaisen käytön.
Sivun luomispäivämäärä: 2017-03-31