磁場は、磁石の周囲で磁気の影響が感じられる領域です。磁場は、自然界の磁性物体を取り囲む空間や内部で磁力がどのように分散されるかを説明するために使用するツールです。
磁場中の荷電粒子の動き
力が粒子に作用するとき、力の一部が粒子の進行方向に向けられている場合、それは仕事を生み出すと言われています。サイズ B の均一な磁場内を移動する電荷 q を持つ電子の流れがある場合、磁力は、研究中の磁場内の粒子の動きに対して表面に平行に適用されます。
この場合、磁力は粒子に作用しないため、電子の速度の変化は見られないと主張します。電子の速度 v が電磁石に平行なとき、次のように書くことができます1
この場合、磁気運動はオブジェクトの円の中心に向かって引き起こされます 磁場内の運動 角運動量として作用します。その結果、v と B が垂線である場合、コンポーネントは円を表します。
アプリケーション
以下は、2 つのフィールドの存在に関連する主要なアプリケーションの一部です:
- 磁場中の荷電粒子の動き
- 電子の特定の電荷が測定されます (J.J.トムソンの実験)
- アルファ粒子加速 (サイクロトロン)
- 解決した問題の例
無重力環境では、荷電粒子は速度を変えずに移動します。次のうち、実行可能な選択肢はどれですか?
<オール>重イオンが無重力環境で速度を変えずに移動する場合、
パーティクルは、一定の速度で任意の方向に移動できます。 B =0 および E =0 の結果として、粒子は複合振り子で移動できます。粒子を円形に移動させる垂直成分は、電磁石によって提供されます。
qE =QB で、磁力と電気力が反対方向にある場合、粒子は均一な速度で移動します。
一様磁場中の荷電粒子の運動
ローレンツ力
2 つの力の測定値が同じになるように、均一な磁場内の荷電粒子の運動の振幅が変更されたとします。その場合、自由電子にかかる正味の圧力はゼロです。
F =F(電子) + F(磁気) =q (E =v x B)
ローレンツ力は、電荷が電界および磁界に接触したときに電荷を移動させることによって発生します。ローレンツ力は、容量性および誘導性の場の力の重み付けされた組み合わせとして計算できる力の一種です。
F(電気) =F(磁気)
電磁気力が逆方向を指していることは容易にわかります。 2 つの力の強度が等しくなるように E と B の定数が正確に変更されると、完全な制御に加えられる総圧力はゼロになり、粒子はフィールド内を流入して移動します。
正味の力はゼロに等しい
電場と磁場の強度を変更して電磁力 (FE =FB) に関連する力を等しくすると、電荷は場内を自由に移動できます。
qE=Bqv、E=Bv、v=E/B
このインスタンスは、別の速度 (E/B) のアルファ粒子を使用して交差フィールド間を偏向せずに通過する場合に使用されます。これはベロシティセレクターと呼ばれます。 1897 年、J. Thomson はこれを使用して電荷質量比を計算しました。
速度セレクターは、質量分析計で使用され、価格対性能比に基づいて荷電粒子を識別します。
円運動とらせん運動の違い
円運動とらせん運動の簡単な違いは次のとおりです
円運動とは、物体が円を描いて一定の速度で移動することを指します。この移動オブジェクトの速度は、方向が常に変化しているため、各移動中に変化しますが、速度は一定です。
らせん運動とは、速度の 1 つの成分の方向と大きさが同じままで、他の成分の速度が同じままである場合に生成される運動を指します。
サイクロトロン
サイクロトロンは、高エネルギーを使用して電磁波またはイオンを加速する装置です。サイクロトロンは、磁場と電場の両方を使用して、荷電粒子のエネルギーを高めます。電磁界は互いに平行であるため、交差力と呼ばれます。
電場と磁場が交差する荷電粒子の運動
電場と磁場が交差する中での荷電粒子の運動の文脈では、角運動量は電子の速度に平行です。その結果、力を入れず、加速の程度に差がありません。ただし、加速度の方向がずれることがあります。均一な磁化での光子ビームの速度を見てみましょう。最初に B に垂直な v の状況を考えます。
- 水平方向の力 q v B は均一な円運動として作用し、永久磁石に平行な円運動を引き起こします。速度が B とともに要素を持っている場合、磁場に沿った運動は影響を受けないため、この部分は変更されません。
- 磁場と電場の両方における荷電粒子の速度。その結果、ピッチが大幅に増加したらせん運動になります。
- 各周期要素の直径と、周期、振動、角速度などの他の多くの規則的な特性は、磁場に平行なアルファ粒子の非線形移動の場合は常に同じです。
粒子の速度のパーセンテージが磁場 (v2 で表記) に対応するとします。その場合、電子は地面と一緒に移動し、粒子の経路は曲がりくねります。グラウンド p は、1 回転で永久磁石が移動する距離です。 p =v2T =2mv2/2Qb
結論
力が粒子に作用するとき、力の一部が粒子の進行方向に向けられている場合、それは仕事を生み出すと言われています。サイズ B の均一な磁場内を移動する電荷 q を持つ電子の流れがある場合、磁力は、研究中の磁場内の粒子の動きに対して表面に平行に適用されます。
