Презентация - Действие магнитного поля на движущуюся заряженную частицу

Действие магнитного поля на движущуюся заряженную частицу. Сила Лоренца. Подготовила: Учитель физики Клименко Ольга Анатольевна

План 1) Лоренц Хендрик Антон; 2) Сила Лоренца; 3) Направление силы Лоренца; 4) Формула силы Лоренца при наличии магнитного и электрического полей; 5) Правило левой руки; 6) Движение заряженой частица под действием силы Лоренца, если если α 90 ( если α 90 ); 7) Применение силы Лоренца : а) Кинескоп - телевизионная трубка; б) Масс-спектрограф; в) Циклотрон - ускоритель заряженных частиц; г) Магнетрон. 8) Примеры задач. 9) Спасибо за внимание

Лоренц Хендрик Антон (1853–1928) – нидерландский физик-теоретик, создатель классической электронной теории, член Нидерландской АН. Вывел формулу, связывающую диэлектрическую проницаемость с плотностью диэлектрика, дал выражение для силы, действующей на движущийся заряд в электромагнитном поле (сила Лоренца), объяснил зависимость электропроводности вещества от теплопроводности, развил теорию дисперсии света.

Сила Лоренца Так как электрический ток представляет собой упорядоченное движение зарядов, то действие магнитного поля на проводник с током есть результат его действия на отдельные движущиеся заряды. Силу, действующую со стороны магнитного поля на движущиеся в нем заряды, называют силой Лоренца Сила Лоренца определяется соотношением: Fл q V B sina где q - величина движущегося заряда; V - модуль его скорости; B - модуль вектора индукции магнитного поля; a - угол между вектором скорости заряда и вектором магнитной индукции.

Направление силы Лоренца Сила Лоренца (как и всякая сила) – это вектор. Ее направление перпендикулярно вектору скорости и вектору (то есть перпендикулярно плоскости, в которой находятся векторы скорости и магнитной индукции) и определяется правилом правого буравчика (правого винта) рис.1 (a). Если мы имеем дело с отрицательным зарядом, то направление силы Лоренца противоположно результату векторного произведения ( рис.1(b)) вектор направлен перпендикулярно плоскости рисунков на нас.

Формула силы Лоренца при наличии магнитного и электрического полей Если заряженная частица перемещается в пространстве, в котором находятся одновременно два поля (магнитное и электрическое), то сила, которая действует на нее, равна: где – вектор напряженности электрического поля в точке, в которой находится заряд. Выражение (4) было эмпирически получено Лоренцем. Сила ,которая входит в формулу (4) так же называется силой Лоренца (лоренцевой силой). Деление лоренцевой силы на составляющие: электрическую и магнитную относительно, так как связано с выбором инерциальной системы отсчета. Так,если система отсчета будет двигаться с такой же скоростью , как и заряд, то в такой системе сила Лоренца, действующая на частицу, будет равна нулю. Единицы измерения силы Лоренца Основной единицей измерения силы Лоренца (как и любой другой силы) в системе СИ является: F H В СГС: F дин

Правило левой руки Ладонь левой руки следует расположить таким образом, чтобы в неё перпендикулярно входили линии индукции созданного магнитного поля. Положение четырёх вытянутых пальцев зависит от направления скорости движения положительного заряда (против направления скорости движения отрицательного). Оттопыренный большой палец левой руки в этом случае укажет направление силы Лоренца.

Применение силы Лоренца. Кинескоп - телевизионная трубка, электронно-лучевая трубка. На движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля действует сила Лоренца. Эта сила перпендикулярна скорости и не совершает работу. Действие магнитного поля на движущийся заряд широко используют в современной технике. Достаточно упомянуть телевизионные трубки (кинескопы), в которых летящие к экрану электроны отклоняются с помощью магнитного поля, создаваемого особыми катушками . Применение силы Лоренца мы можем наблюдать каждый день дома, сидя у экрана телевизора.

Применение силы Лоренца Масс-спектрограф. Другое применение действие магнитного поля нашло в приборах, позволяющих разделять заряженные частицы по их удельным заряд . Такие приборы получили название масс-спектрографов. Вакуумная камера прибора помещена в магнитное поле. Ускоренные электрическим полем заряженные частицы(электроны или ионы), описав дугу, попадают на фотопластинку, где оставляют след, позволяющий с большой точностью измерить радиус траектории r. По этому радиусу определяется удельный заряд иона. Зная же заряд иона, легко вычислить его массу . Изучить химический состав грунта, взятого на Луне, например, поможет тот же масс-спектрограф.

Применение силы Лоренца. Циклотрон - ускоритель заряженных частиц. Между полюсами сильного электромагнита помещается вакуумная камера, в которой находятся два электрода в виде полых металлических полуцилиндров (дуантов). К дуантам приложено переменное электрическое напряжение, частота которого равна циклотронной частоте. Заряженные частицы инжектируются в центре вакуумной камеры. Частицы ускоряются электрическим полем в промежутке между дуантами. Каждый раз, когда частица пролетает через зазор между дуантами, она ускоряется электрическим полем. Таким образом, в циклотроне, как и во всех других ускорителях, заряженная частица ускоряется электрическим полем, а удерживается на траектории магнитным полем. Циклотроны позволяют ускорять протоны до энергии порядка 20 Мэ В.

Применение силы Лоренца. Магнетрон. Магнетрон — это мощная электронная лампа, генерирующая микроволны при взаимодействии потока электронов с магнитным полем. Начиная с 1960-х годов, магнетроны получили применение в СВЧ-печах для домашнего использования. Магнетроны бывают как не перестраиваемые, так и перестраиваемые в небольшом диапазоне частот. Для медленной перестройки частоты применяются механизмы, приводимые в движение рукой, для быстрой (до нескольких тысяч перестроек в секунду) — ротационные и вибрационные механизмы. Магнетроны как генераторы сверхвысоких частот широко используются в современной радиолокационной технике.

Решение задач: Задача 1 : Определить силу, с которой однородное магнитное поле действует на проводник длиной 20 см, если сила тока в нем 300 м А, расположенный под углом 45 градусов к вектору магнитной индукции. Магнитная индукция составляет 0,5 Тл. Задача 2 : Определить силу тока в проводнике длиной 20 см, расположенному перпендикулярно силовым линиям магнитного поля с индукцией 0,06 Тл, если на него со стороны магнитного поля действует сила 0,48 Н.

Задача 3 :Определить центростремительную силу, действующую на протон в однородном магнитном поле с индукцией 0,01 Тл (вектор магнитной индукции перпендикулярен вектору скорости), если радиус окружности, по которой он движется, равен 5 см. Задача 4 : Какова скорость заряженного тела, перемещающегося в магнитном поле с индукцией 2 Тл, если на него со стороны магнитного поля действует сила 32 Н. Скорость и магнитное поле взаимно перпендикулярны. Заряд тела равен 0,5 м Кл.

Задача 5 : С каким ускорением движется электрон в однородном магнитном поле (вектор магнитной индукции перпендикулярен вектору скорости) с индукцией 0,05 Тл, если сила Лоренца, действующая на него, равна 5x10-13 Н. (Так как сила Лоренца является одновременно и центростремительной силой, и электрон движется по окружности, в задаче требуется рассчитать центростремительное ускорение, которое приобретает электрон в результате действия центростремительной силы.)

Вопросы после презентации : 1) Кто такой Лоренц Хендрик Антон ? 2) Что такое сила Лоренца ? 3) Каким соотношение определяется сила Лоренца ? 4) Как звучит правило левой руки ? 5) Где используется сила Лоренца?

Спасибо за внимание