全世界は荷電粒子でできています。荷電粒子間の相互作用により、宇宙のすべての現象を観察することができます。しかし、荷電粒子とは何ですか？すべての実体は、素粒子、すなわち電子、中性子、陽子で構成されています。原子または粒子に存在する中性子、電子、および陽子の量に不均衡がある場合、その粒子はそれらに電荷を持っていると言われます。このような粒子は荷電粒子と呼ばれます。
荷電粒子は、さまざまな種類の環境にさらされると、特別な振る舞いをします。これらすべての環境の中で、電界内の荷電粒子の相互作用が最も重要です。これは、電場が粒子加速器などのさまざまなアプリケーションで使用されているためです。
電界とは?
宇宙では、粒子の存在が周囲の他のエンティティに影響を与えます。荷電粒子を空間に配置すると、その周囲に影響が生じます。別の荷電粒子がこの空間に導入されると、特定の力がそれに適用されます。この力の背後にある理由は、粒子が別の荷電粒子の場に持ち込まれるという事実にあります。
2 番目の荷電粒子がその場に存在するときに力を感じる荷電粒子の周囲の領域は、粒子の電場と呼ばれます。電場は、電荷が存在する空間内の点に関連付けられている量です。空間のある点で電場が与えられた場合、電場の原因となるソース電荷が何であるかを知らなくても、その点で電荷に適用される力を正確に計算できます。
電界中の粒子の軌道
荷電粒子は、2 つの異なる方法で電場に入ることができます。電場の方向に垂直な方向に電場に入るか、電場の方向に沿って電場に入ることができます。
荷電粒子が垂直方向に電場に入るとき
電界は、常に一方向に流れている水の波として想像することができます。流れの方向に対して垂直に何かが水中に入ると、水の勢いで大きな衝撃を受けます。同様に、荷電粒子がそれに垂直に電場に入ると、電荷の性質に応じて、電場の源に向かう力、またはそこから離れる力を受けます。
これにより、荷電粒子の経路が曲げられます。力は電荷の動きに対して垂直に作用するため、加えられた力による軌道の変化により、荷電粒子の経路が放物線になります。電荷が正の場合、放物線の軌道は電場に向かって曲がります。反対に、電荷が負の場合、放物線状の軌道は電界から離れる方向に曲がります。
荷電粒子が電場の方向に電場に入るとき
荷電粒子は、電界の方向に沿って入るときに、最も簡単に電界に入ります。しかし、電荷の極性に基づいて、反発するか引き寄せられます。ただし、両方の電荷の場合、電場での軌跡は直線になります。これは、電荷が正の場合、軌道はソース電荷の正の端から離れた直線になることを意味します。反対に、電荷が負の場合、軌道はソース電荷の正端に向かって直線になります。
電界中の粒子の軌跡の解例
質問 荷電粒子が電場に垂直に入るときの軌跡が放物線であることを示してください。
答え
荷電粒子が入る電場を E とする。粒子の電荷は qo であり、m は電荷の質量を表します。次に、荷電粒子が電場に入ると、以下によって与えられる力を経験すると言えます。
F=qoE
電荷に力が加えられるため、次の式で与えられる加速度も得られます。
F =ma ⇒ a=F/m
F の値と粒子の質量 m を入れると、次のようになります。
a=qoE/m
電界内の荷電粒子が移動する距離は次のように与えられます;
t=x/v
荷電粒子が電場に入ったときの初期速度がゼロであると仮定しましょう。これは、電場内の電荷が移動した距離が次のように与えられることを意味します。
y=1/2at2
y=1/2qoE/m(x/v)2
y=qoE / 2mv2 *x2
y=kx2 ここで、k=qoE/2mv2 は定数です。
したがって、私たちは言うことができます
y は x2 に正比例するため、荷電粒子の軌道は放物線になります。
結論
荷電粒子は、さまざまな種類の環境にさらされると、特別な振る舞いをします。これらすべての環境の中で、電界内の荷電粒子の相互作用が最も重要です。これは、電場が粒子加速器などのさまざまなアプリケーションで使用されているためです。
荷電粒子がそれに垂直に電場に入ると、電荷の性質に応じて、電場の源に向かうか、またはそこから離れることができる力を受けます。電荷の性質に応じて、反発するか引き寄せられます。
