Воздействие магнитного поля на движущие заряды. Сила Лоренца.

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 4Следующая ⇒

Поскольку электрический ток представляет собой упорядоченно

движущиеся заряженные частицы, то справедливо предположить, что сила

Ампера, действующая на целый проводник с током, складывается из

отдельных сил, действующих на отдельные заряженные частицы. Найдём

силу, действующую на одну заряженную частицу.

Рассмотрим отрезок тонкого прямого проводника с током (рис.2.12).

Пусть длина отрезка dl проводника и площадь поперечного сечения S

проводника настолько малы, что вектор магнитной индукции поля В можно

считать неизменным в пределах этого отрезка проводника.

рис.2.12Сила Лоренца

Сила тока I в проводнике связана с зарядом частицы q, концентрацией

заряженных частиц n (число частиц в единице объёма) и скоростью их

упорядоченного движения v следующей формулой:

I=q·n·v·S.

Модуль силы, действующей со стороны магнитного поля на

выбранный элемент тока, равен:

F=I·l·B·sinα.

Подставляя сюда это выражение, для силы тока, получим:

F=q·n·v·S·l·B·sina=v·|q|·N·B·sina,

где N=n·S·l - число заряженных частиц в рассматриваемом объёме.

Следовательно, на каждый движущийся заряд со стороны магнитного

поля действует сила Лоренца, равная:

F=|q|·v·B·sinα ,

где α · - угол между вектором скорости и вектором магнитной

индукции.

Сила Лоренца перпендикулярна векторам В и v , и её направление

определяется с помощью того же правила левой руки, что и направление

силы Ампера: если левую руку расположить так, чтобы составляющая

магнитной индукции В, перпендикулярная скорости заряда, входила в

ладонь, а четыре пальца были направлены по движению положительного

заряда (против движения отрицательного), то отогнутый на 90 градусов

большой палец покажет направление действующей на заряд силы Лоренца

Fл. На рисунке направление силы Лоренца - на читателя из-за плоскости

чертежа.

В электромагнитном поле сила, действующая на заряженную частицу,

определяется из выражения:

F = eE +( )* v* B*SINa

Здесь е – заряд частицы, Е – напряжённость электрического поля, В –

магнитная индукция, v – скорость заряженной частицы относительно

системы координат, в которой вычисляются величины F, Е, В, а с – скорость

света в вакууме; α – угол между вектрами v и B.

Формула является важнейшим соотношением электродинамики, так

как позволяет связать уравнения электромагнитного поля с уравнениями

движения заряженных частиц.

Силой Лоренца часто называют сумму электрических и магнитных сил:

Первый член в правой части формулы – сила, действующая на заряженную

частицу в электрическом поле, второй — в магнитном.

22.Ускорители заряженных частиц. Принцип работы, классификация. ИЗ ИНТЕРНЕТА, Т.К. В ЛЕКЦИЯХ НЕ БЫЛО!

Ускорители заряженных частиц — устройства для получения заряженных частиц (электронов, протонов, атомных ядер, ионов) больших энергий. Ускорение производится с помощью электрического поля, способного изменять энергию частиц, обладающих электрическим зарядом. Магнитное поле может лишь изменить направление движения заряженных частиц, не меняя величины их скорости, поэтому в ускорителях оно применяется для управления движением частиц (формой траектории). Обычно ускоряющее электрическое поле создаётся внешними устройствами (генераторами).

Классификация ускорителей

У. з. ч. можно классифицировать по разным признакам. По типу ускоряемых частиц различают электронные ускорители, протонные ускорители и ускорители ионов.

По характеру траекторий частиц различают линейные ускорители (точнее, прямолинейные ускорители), в которых траектории частиц близки к прямой линии, и циклические ускорители, в которых траектории частиц близки к окружности (или спирали).

По характеру ускоряющего поля У. з. ч. делят на резонансные ускорители, в которых ускорение производится переменным высокочастотным (ВЧ) электромагнитным полем и для успешного ускорения частицы должны двигаться в резонанс с изменением поля, и нерезонансные ускорители, в которых направление поля за время ускорения не изменяется. Последние в свою очередь делятся на индукционные ускорители, в которых электрическое ускоряющее поле создаётся за счёт изменения магнитного поля (эдс индукции), и высоковольтные ускорители, в которых ускоряющее поле обусловлено непосредственно приложенной разностью потенциалов.

По механизму, обеспечивающему устойчивость движения частиц в перпендикулярных к орбите направлениях (фокусировку), различают ускорители с однородной фокусировкой, в которых фокусирующая сила постоянна вдоль траектории (по крайней мере, по знаку), и ускорители со знакопеременной фокусировкой, в которых фокусирующая сила меняет знак вдоль траектории, т. е. чередуются участки фокусировки и дефокусировки. В применении к некоторым типам циклических ускорителей (синхротрон и синхрофазотрон) вместо терминов " однородная" и " знакопеременная" фокусировка пользуются терминами " слабая" и " сильная" (" жёсткая" ) фокусировка.

Резонансные циклические ускорители могут быть классифицированы далее по характеру управляющего — " ведущего" — магнитного поля и ускоряющего электрического поля: ускорители с постоянным и с переменным во времени магнитным полем и соответственно ускорители с постоянной и с переменной частотой ускоряющего поля. Приведённая классификация (табл. 1) не охватывает ускорителей со встречными пучками и ускорителей, использующих коллективные методы ускорения. Первый тип является своеобразной разновидностью перечисленных в табл. 1 ускорителей: пучки частиц от ускорителей того или иного типа направляют навстречу друг другу. Второй тип отличается от всей совокупности описанных ускорителей по источнику ускоряющего поля.

⇐ Предыдущая 1 234 Следующая ⇒