லோரென்ட்ஸ் படையின் திசை இடது கை விதி. அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்பத்தில் ஆம்பியர் மற்றும் லோரென்ட்ஸ் படைகளின் பயன்பாடு. அம்மீட்டர், தந்தி, மின்காந்தங்கள், வெகுஜன பகுப்பாய்விகள். லோரென்ட்ஸ் படையின் வரையறை

வரையறை

காந்தப்புலத்தில் நகரும் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள் மீது செயல்படும் சக்தி, இதற்கு சமம்:

அழைக்கப்பட்டது லோரென்ட்ஸ் விசை (காந்த சக்தி).

வரையறை (1) அடிப்படையில், பரிசீலனையில் உள்ள சக்தியின் மாடுலஸ்:

துகள் திசைவேக திசையன் எங்கே, q என்பது துகள் கட்டணம், காந்தப்புலம் தூண்டல் திசையன் சார்ஜ் அமைந்துள்ள இடத்தில், திசையன்களுக்கு இடையே உள்ள கோணம் மற்றும் . வெளிப்பாடு (2) இலிருந்து, சார்ஜ் காந்தப்புலக் கோடுகளுக்கு இணையாக நகர்ந்தால், லோரென்ட்ஸ் விசை பூஜ்ஜியமாகும். சில நேரங்களில், லோரென்ட்ஸ் சக்தியை தனிமைப்படுத்த முயற்சிப்பது, குறியீட்டைப் பயன்படுத்தி அதைக் குறிக்கிறது:

லோரென்ட்ஸ் படையின் திசை

லோரென்ட்ஸ் விசை (எந்த விசையையும் போல) ஒரு திசையன். அதன் திசையானது திசைவேக திசையன் மற்றும் திசையன் ஆகியவற்றிற்கு செங்குத்தாக உள்ளது (அதாவது, திசைவேகம் மற்றும் காந்த தூண்டல் திசையன்கள் அமைந்துள்ள விமானத்திற்கு செங்குத்தாக) மற்றும் வலது கிம்லெட்டின் விதியால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது (வலது திருகு) படம். 1 (a) . நாம் எதிர்மறையான கட்டணத்தைக் கையாள்வோமானால், லோரென்ட்ஸ் விசையின் திசையானது குறுக்கு உற்பத்தியின் விளைவுக்கு நேர்மாறாக இருக்கும் (படம் 1(பி)).

திசையன் நம் மீது வரைபடங்களின் விமானத்திற்கு செங்குத்தாக இயக்கப்படுகிறது.

லோரென்ட்ஸ் படையின் பண்புகளின் விளைவுகள்

Lorentz விசை எப்போதும் சார்ஜ் வேகத்தின் திசைக்கு செங்குத்தாக இயக்கப்படுவதால், துகள் மீது அதன் வேலை பூஜ்ஜியமாகும். ஒரு நிலையான காந்தப்புலத்துடன் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள் மீது செயல்படுவதன் மூலம், அதன் ஆற்றலை மாற்றுவது சாத்தியமில்லை என்று மாறிவிடும்.

காந்தப்புலம் சீரானது மற்றும் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்களின் திசைவேகத்திற்கு செங்குத்தாக இருந்தால், லோரென்ட்ஸ் விசையின் செல்வாக்கின் கீழ் உள்ள மின்னழுத்தமானது காந்த தூண்டல் திசையனுக்கு செங்குத்தாக இருக்கும் ஒரு விமானத்தில் R=const ஆரம் வட்டத்தில் நகரும். இந்த வழக்கில், வட்டத்தின் ஆரம்:

m என்பது துகள் நிறை, |q| என்பது துகள் சார்ஜ் மாடுலஸ், சார்பியல் லோரென்ட்ஸ் காரணி, c என்பது வெற்றிடத்தில் ஒளியின் வேகம்.

லோரென்ட்ஸ் விசை ஒரு மையவிலக்கு விசை. ஒரு காந்தப்புலத்தில் ஒரு அடிப்படை சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள் விலகல் திசையின் படி, அதன் அடையாளம் (படம் 2) பற்றி ஒரு முடிவு செய்யப்படுகிறது.

காந்த மற்றும் மின்சார புலங்களின் முன்னிலையில் லோரென்ட்ஸ் ஃபோர்ஸ் ஃபார்முலா

இரண்டு புலங்கள் (காந்தம் மற்றும் மின்சாரம்) ஒரே நேரத்தில் அமைந்துள்ள ஒரு சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள் விண்வெளியில் நகர்ந்தால், அதன் மீது செயல்படும் சக்தி இதற்கு சமம்:

சார்ஜ் அமைந்துள்ள இடத்தில் மின்சார புல வலிமை திசையன் எங்கே உள்ளது. வெளிப்பாடு (4) அனுபவபூர்வமாக லோரென்ட்ஸால் பெறப்பட்டது. சூத்திரத்தில் (4) நுழையும் விசையானது லோரென்ட்ஸ் விசை (லோரன்ட்ஸ் படை) என்றும் அழைக்கப்படுகிறது. லோரென்ட்ஸ் சக்தியை கூறுகளாகப் பிரித்தல்: மின்சாரம் மற்றும் காந்தம் ஒப்பீட்டளவில், இது நிலைம சட்டத்தின் தேர்வுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. எனவே, சார்ஜின் அதே வேகத்தில் குறிப்பு சட்டகம் நகர்ந்தால், அத்தகைய சட்டகத்தில் துகள் மீது செயல்படும் லோரென்ட்ஸ் விசை பூஜ்ஜியத்திற்கு சமமாக இருக்கும்.

லோரென்ட்ஸ் படை அலகுகள்

SI அமைப்பில் உள்ள லோரன்ட்ஸ் விசைக்கான (அதே போல் வேறு எந்த விசையும்) அடிப்படை அளவீட்டு அலகு: [F]=H

GHS இல்: [F]=din

சிக்கலைத் தீர்ப்பதற்கான எடுத்துக்காட்டுகள்

உதாரணமாக

உடற்பயிற்சி.தூண்டல் B உடன் காந்தப்புலத்தில் ஒரு வட்டத்தில் நகரும் எலக்ட்ரானின் கோண வேகம் என்ன?

தீர்வு.ஒரு எலக்ட்ரான் (சார்ஜ் கொண்ட ஒரு துகள்) ஒரு காந்தப்புலத்தில் நகர்வதால், வடிவத்தின் லோரென்ட்ஸ் விசை அதன் மீது செயல்படுகிறது:

இதில் q=q e என்பது எலக்ட்ரான் சார்ஜ் ஆகும். எலக்ட்ரான் ஒரு வட்டத்தில் நகர்கிறது என்று நிபந்தனை கூறுவதால், இதன் பொருள், எனவே, லோரென்ட்ஸ் விசை மாடுலஸின் வெளிப்பாடு வடிவம் எடுக்கும்:

லோரென்ட்ஸ் விசை மையவிலக்கு மற்றும் கூடுதலாக, நியூட்டனின் இரண்டாவது விதியின்படி, எங்கள் விஷயத்தில் இது சமமாக இருக்கும்:

வெளிப்பாடுகளின் சரியான பகுதிகளை சமன் (1.2) மற்றும் (1.3), எங்களிடம் உள்ளது:

வெளிப்பாடு (1.3) இலிருந்து நாம் வேகத்தைப் பெறுகிறோம்:

ஒரு வட்டத்தில் எலக்ட்ரானின் புரட்சியின் காலத்தை பின்வருமாறு காணலாம்:

காலத்தை அறிந்தால், கோண வேகத்தை பின்வருமாறு காணலாம்:

பதில்.

உதாரணமாக

உடற்பயிற்சி.மின்னேற்றம் கொண்ட துகள் (சார்ஜ் q, நிறை m) ஒரு பகுதிக்கு v வேகத்துடன் பறக்கிறது, அங்கு வலிமை E இன் மின்சார புலம் மற்றும் தூண்டல் B காந்தப்புலம் உள்ளது. திசையன்கள் மற்றும் திசையில் ஒத்துப்போகின்றன. புலங்களில் இயக்கம் தொடங்கும் தருணத்தில் துகள் முடுக்கம் என்ன, என்றால் ?

ஆனால் தற்போதைய மற்றும் பின்னர்

ஏனெனில்என். எஸ்ஈ எல் – தொகுதியில் கட்டணங்களின் எண்ணிக்கை எஸ்ஈ எல், பிறகு ஒரு கட்டணத்திற்கு

அல்லது

லோரன்ட்ஸ் படை – நகரும் நேர்மறை மின்னூட்டத்தில் காந்தப்புலத்தால் செலுத்தப்படும் விசை(நேர்மறை சார்ஜ் கேரியர்களின் வரிசைப்படுத்தப்பட்ட இயக்கத்தின் வேகம் இங்கே உள்ளது). லோரென்ட்ஸ் ஃபோர்ஸ் மாடுலஸ்:

α என்பது இடையே உள்ள கோணம் மற்றும் .

(2.5.4) இலிருந்து கோட்டின் வழியாக நகரும் கட்டணம் விசையால் பாதிக்கப்படவில்லை என்பதைக் காணலாம் ().

லோரென்ட்ஸ் விசை திசையன்கள் இருக்கும் விமானத்திற்கு செங்குத்தாக இயக்கப்படுகிறது மற்றும் . நகரும் நேர்மறை கட்டணத்திற்கு இடது கை விதி பொருந்தும் அல்லது« கிம்லெட் விதி» (படம் 2.6).

எதிர்மறை மின்னூட்டத்திற்கான விசையின் திசை எதிர், எனவே வலது கை விதி எலக்ட்ரான்களுக்கு பொருந்தும்.

Lorentz விசை நகரும் கட்டணத்திற்கு செங்குத்தாக இயக்கப்பட்டதால், அதாவது. செங்குத்தாக ,இந்த சக்தியால் செய்யப்படும் வேலை எப்போதும் பூஜ்ஜியமாக இருக்கும் . எனவே, ஒரு சார்ஜ் துகள் மீது செயல்படும், Lorentz விசை துகள் இயக்க ஆற்றல் மாற்ற முடியாது.

அடிக்கடி லோரென்ட்ஸ் விசை என்பது மின்சாரம் மற்றும் காந்த சக்திகளின் கூட்டுத்தொகை:

,

(2.5.4)

இங்கே மின்சாரம் துகள்களை முடுக்கி, அதன் ஆற்றலை மாற்றுகிறது.

ஒவ்வொரு நாளும், ஒரு தொலைக்காட்சித் திரையில் (படம் 2.7) நகரும் கட்டணத்தில் காந்த சக்தியின் விளைவைக் கவனிக்கிறோம்.

திரையின் விமானத்துடன் எலக்ட்ரான் கற்றை இயக்கம் திசை திருப்பும் சுருளின் காந்தப்புலத்தால் தூண்டப்படுகிறது. நீங்கள் ஒரு நிரந்தர காந்தத்தை திரையின் விமானத்திற்கு கொண்டு வந்தால், படத்தில் தோன்றும் சிதைவுகளால் எலக்ட்ரான் கற்றை மீது அதன் விளைவைக் கவனிப்பது எளிது.

சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள் முடுக்கிகளில் லோரென்ட்ஸ் விசையின் செயல் பிரிவு 4.3 இல் விரிவாக விவரிக்கப்பட்டுள்ளது.

ஒரு காந்தப்புலத்தில் அமைந்துள்ள B, F = I B Δ l sin α ஒரு குறிப்பிட்ட மின்னோட்ட வலிமை I உடன் நீளம் Δ l கொண்ட கடத்தியின் ஒரு பகுதியில் செயல்படும் ஆம்பியர் விசை குறிப்பிட்ட சார்ஜ் கேரியர்களில் செயல்படும் சக்திகள் மூலம் வெளிப்படுத்தப்படலாம்.

கேரியரின் கட்டணத்தை q எனக் குறிப்பிடலாம், மேலும் n என்பது கடத்தியில் இலவச சார்ஜ் கேரியர்களின் செறிவின் மதிப்பாக இருக்கட்டும். இந்த வழக்கில், தயாரிப்பு n · q · υ · S, இதில் S என்பது கடத்தியின் குறுக்குவெட்டு பகுதி, கடத்தியில் பாயும் மின்னோட்டத்திற்கு சமம், மேலும் υ என்பது ஆர்டர் செய்யப்பட்ட வேகத்தின் மாடுலஸ் ஆகும். கடத்தியில் கேரியர்களின் இயக்கம்:

I = q · n · υ · S .

வரையறை 2

சூத்திரம் ஆம்பியர் படைகள்பின்வரும் வடிவத்தில் எழுதலாம்:

F = q n S Δ l υ B பாவம் α.

குறுக்குவெட்டு S மற்றும் நீளம் Δ l கொண்ட கடத்தியில் இலவச சார்ஜ் கேரியர்களின் மொத்த எண்ணிக்கை N ஆனது n S Δ l தயாரிப்புக்கு சமமாக இருப்பதால், ஒரு சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள் மீது செயல்படும் விசை வெளிப்பாட்டிற்கு சமம்: F L \u003d q υ B பாவம் α.

கண்டுபிடிக்கப்பட்ட சக்தி அழைக்கப்படுகிறது லோரன்ட்ஸ் படைகள். மேலே உள்ள சூத்திரத்தில் உள்ள கோணம் α என்பது காந்த தூண்டல் திசையன் B → மற்றும் வேகம் ν → க்கு இடையே உள்ள கோணத்திற்கு சமம்.

ஆம்பியர் விசையின் திசையைப் போலவே, நேர்மறை மின்னூட்டம் கொண்ட ஒரு துகள் மீது செயல்படும் லோரென்ட்ஸ் விசையின் திசை, ஜிம்லெட் விதி அல்லது இடது கை விதியைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் கண்டறியப்படுகிறது. நேர்மறை மின்னூட்டம் கொண்ட ஒரு துகள் ν → , B → மற்றும் F L → ஆகிய திசையன்களின் பரஸ்பர ஏற்பாடு அத்தியில் விளக்கப்பட்டுள்ளது. ஒன்று . பதினெட்டு. ஒன்று .

படம் 1. பதினெட்டு. ஒன்று . திசையன்களின் பரஸ்பர ஏற்பாடு ν → , B → மற்றும் F Л → . லோரென்ட்ஸ் ஃபோர்ஸ் மாடுலஸ் எஃப் எல் → என்பது வெக்டார்களான ν → மற்றும் பி → மற்றும் சார்ஜ் q ஆகியவற்றில் கட்டப்பட்ட இணையான வரைபடத்தின் பரப்பளவுக்கு எண்ணியல் ரீதியாக சமமானதாகும்.

லோரென்ட்ஸ் விசை பொதுவாக இயக்கப்படுகிறது, அதாவது திசையன்களுக்கு செங்குத்தாக ν → மற்றும் B →.

காந்தப்புலத்தில் சார்ஜ் சுமந்து செல்லும் ஒரு துகள் நகரும் போது Lorentz விசை எந்த வேலையும் செய்யாது. துகள் இயக்கத்தின் நிலைமைகளின் கீழ் திசைவேக திசையன் மாடுலஸ் அதன் மதிப்பை மாற்றாது என்பதற்கு இந்த உண்மை வழிவகுக்கிறது.

லோரென்ட்ஸ் விசையின் செயல்பாட்டின் கீழ் ஒரு சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள் ஒரு சீரான காந்தப்புலத்தில் நகர்ந்தால், அதன் வேகம் ν → திசையன் தொடர்பாக சாதாரணமாக இயக்கப்படும் ஒரு விமானத்தில் உள்ளது பி →, பின்னர் துகள் ஒரு குறிப்பிட்ட ஆரத்தின் வட்டத்தில் நகரும், பின்வரும் சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடப்படுகிறது:

இந்த வழக்கில் லோரென்ட்ஸ் விசை ஒரு மையவிலக்கு விசையாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது (படம் 1.18.2).

படம் 1. பதினெட்டு. 2. ஒரு சீரான காந்தப்புலத்தில் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகளின் வட்ட இயக்கம்.

ஒரு சீரான காந்தப்புலத்தில் ஒரு துகள் புரட்சியின் காலத்திற்கு, பின்வரும் வெளிப்பாடு செல்லுபடியாகும்:

T = 2 π R υ = 2 π m q B.

இந்த சூத்திரம் υ திசைவேகம் மற்றும் R பாதையின் ஆரம் ஆகியவற்றில் கொடுக்கப்பட்ட நிறை m இன் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்களின் சார்பு இல்லாததை தெளிவாக நிரூபிக்கிறது.

கீழே உள்ள தொடர்பு, ஒரு வட்டப் பாதையில் நகரும் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகளின் கோணத் திசைவேகத்திற்கான சூத்திரம்:

ω = υ R = υ q B m υ = q B m.

பெயர் தாங்கி நிற்கிறது சைக்ளோட்ரான் அதிர்வெண். இந்த இயற்பியல் அளவு துகளின் வேகத்தைச் சார்ந்தது அல்ல, இதிலிருந்து அது அதன் இயக்க ஆற்றலையும் சார்ந்து இல்லை என்று நாம் முடிவு செய்யலாம்.

வரையறை 4

இந்த சூழ்நிலையானது அதன் பயன்பாட்டை சைக்ளோட்ரான்களில், அதாவது கனமான துகள்களின் (புரோட்டான்கள், அயனிகள்) முடுக்கிகளில் காண்கிறது.

படம் 1. பதினெட்டு. 3 சைக்ளோட்ரானின் திட்ட வரைபடத்தைக் காட்டுகிறது.

படம் 1. பதினெட்டு. 3 . சைக்ளோட்ரானின் வெற்றிட அறையில் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்களின் இயக்கம்.

வரையறை 5

டூயண்ட்- இது ஒரு வெற்று உலோக அரை உருளை ஆகும், இது ஒரு மின்காந்தத்தின் துருவங்களுக்கு இடையில் ஒரு வெற்றிட அறையில் வைக்கப்படுகிறது, இது சைக்ளோட்ரானில் உள்ள இரண்டு துரிதப்படுத்தும் டி-வடிவ மின்முனைகளில் ஒன்றாகும்.

ஒரு மாற்று மின்னழுத்தம் டீஸில் பயன்படுத்தப்படுகிறது, அதன் அதிர்வெண் சைக்ளோட்ரான் அதிர்வெண்ணுக்கு சமம். வெற்றிட அறையின் மையத்தில் சில மின்னேற்றத்தை சுமக்கும் துகள்கள் செலுத்தப்படுகின்றன. டீகளுக்கு இடையிலான இடைவெளியில், அவை மின்புலத்தால் ஏற்படும் முடுக்கத்தை அனுபவிக்கின்றன. டீஸின் உள்ளே இருக்கும் துகள்கள், அரை வட்டங்களில் நகரும் செயல்பாட்டில், லோரென்ட்ஸ் சக்தியின் செயல்பாட்டை அனுபவிக்கின்றன. துகள் ஆற்றலை அதிகரிப்பதன் மூலம் அரைவட்டங்களின் ஆரம் அதிகரிக்கிறது. மற்ற எல்லா முடுக்கிகளிலும் உள்ளதைப் போலவே, சைக்ளோட்ரான்களிலும் மின்னோட்டத்தைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்களின் முடுக்கம் அடையப்படுகிறது, மேலும் காந்தப்புலத்தின் மூலம் பாதையில் அது தக்கவைக்கப்படுகிறது. சைக்ளோட்ரான்கள் புரோட்டான்களை 20 MeV க்கு அருகில் உள்ள ஆற்றல்களுக்கு விரைவுபடுத்துகிறது.

ஒரே மாதிரியான காந்தப்புலங்கள் பல சாதனங்களில் பலவிதமான பயன்பாடுகளுக்குப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. குறிப்பாக, மாஸ் ஸ்பெக்ட்ரோமீட்டர்கள் என்று அழைக்கப்படுவதில் அவர்கள் தங்கள் பயன்பாட்டைக் கண்டறிந்துள்ளனர்.

வரையறை 6

மாஸ் ஸ்பெக்ட்ரோமீட்டர்கள்- இவை அத்தகைய சாதனங்கள், இதன் பயன்பாடு சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்களின் வெகுஜனங்களை அளவிட அனுமதிக்கிறது, அதாவது பல்வேறு அணுக்களின் அயனிகள் அல்லது கருக்கள்.

இந்த சாதனங்கள் ஐசோடோப்புகளைப் பிரிக்கப் பயன்படுகின்றன (ஒரே மின்னூட்டம் கொண்ட அணுக்களின் கருக்கள், எடுத்துக்காட்டாக, Ne 20 மற்றும் Ne 22). அத்திப்பழத்தில். ஒன்று . பதினெட்டு. 4 மாஸ் ஸ்பெக்ட்ரோமீட்டரின் எளிமையான பதிப்பைக் காட்டுகிறது. மூல S இலிருந்து உமிழப்படும் அயனிகள் பல சிறிய துளைகள் வழியாக செல்கின்றன, அவை ஒன்றாக ஒரு குறுகிய கற்றை உருவாக்குகின்றன. அதன் பிறகு, அவை வேகத் தேர்வியில் நுழைகின்றன, அங்கு துகள்கள் குறுக்கு ஒரே மாதிரியான மின்சார புலங்களில் நகரும், அவை ஒரு தட்டையான மின்தேக்கியின் தட்டுகளுக்கு இடையில் உருவாக்கப்படுகின்றன, மேலும் ஒரு மின்காந்தத்தின் துருவங்களுக்கு இடையிலான இடைவெளியில் தோன்றும் காந்தப்புலங்கள். சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்களின் ஆரம்ப வேகம் υ → திசையன்கள் E → மற்றும் B → க்கு செங்குத்தாக இயக்கப்படுகிறது.

குறுக்கு காந்த மற்றும் மின்சார புலங்களில் நகரும் ஒரு துகள் மின்சார விசை q E → மற்றும் Lorentz காந்த விசையின் விளைவுகளை அனுபவிக்கிறது. நிலைமைகளின் கீழ் E = υ B பூர்த்தி செய்யப்படும் போது, ​​இந்த சக்திகள் ஒருவருக்கொருவர் முழுமையாக ஈடுசெய்கின்றன. இந்த வழக்கில், துகள் ஒரே மாதிரியாகவும் நேர்கோட்டாகவும் நகரும், மேலும் மின்தேக்கி வழியாக பறந்து, திரையில் உள்ள துளை வழியாக செல்லும். மின்சாரம் மற்றும் காந்தப்புலங்களின் கொடுக்கப்பட்ட மதிப்புகளுக்கு, தேர்வாளர் υ = E B வேகத்தில் நகரும் துகள்களைத் தேர்ந்தெடுக்கும்.

இந்த செயல்முறைகளுக்குப் பிறகு, அதே வேகங்களைக் கொண்ட துகள்கள் ஒரு சீரான காந்தப்புலம் B → மாஸ் ஸ்பெக்ட்ரோமீட்டர் அறைகளில் நுழைகின்றன. Lorentz விசையின் செயல்பாட்டின் கீழ் உள்ள துகள்கள் காந்தப்புல விமானத்திற்கு செங்குத்தாக ஒரு அறையில் நகரும். அவற்றின் பாதைகள் R = m υ q B "ஆரங்கள் கொண்ட வட்டங்களாகும். υ மற்றும் B இன் அறியப்பட்ட மதிப்புகள் கொண்ட பாதைகளின் ஆரங்களை அளவிடும் செயல்பாட்டில், q m விகிதத்தை நாம் தீர்மானிக்க முடியும். ஐசோடோப்புகளின் விஷயத்தில், அதாவது, q 1 = q 2 நிபந்தனையின் கீழ், மாஸ் ஸ்பெக்ட்ரோமீட்டர் வெவ்வேறு வெகுஜனங்களைக் கொண்ட துகள்களைப் பிரிக்கலாம்.

நவீன மாஸ் ஸ்பெக்ட்ரோமீட்டர்களின் உதவியுடன், சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்களின் நிறைகளை 10 - 4 க்கும் அதிகமான துல்லியத்துடன் அளவிட முடியும்.

படம் 1. பதினெட்டு. நான்கு வேகத் தேர்வி மற்றும் மாஸ் ஸ்பெக்ட்ரோமீட்டர்.

துகள் வேகம் υ → காந்தப்புலத்தின் திசையில் ஒரு கூறு υ ∥ → கொண்டிருக்கும் போது, ​​ஒரு சீரான காந்தப்புலத்தில் அத்தகைய துகள் ஒரு சுழல் இயக்கத்தை உருவாக்கும். அத்தகைய சுழல் R இன் ஆரம் காந்தப்புலம் υ ┴ திசையன் υ → க்கு செங்குத்தாக உள்ள கூறுகளின் மாடுலஸைப் பொறுத்தது, மேலும் சுழல் p இன் சுருதி நீளமான கூறு υ ∥ (படம் 1. 18 . 5) ஐப் பொறுத்தது. )

படம் 1. பதினெட்டு. 5 . ஒரு சீரான காந்தப்புலத்தில் ஒரு சுழலில் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள் இயக்கம்.

இதன் அடிப்படையில், சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்களின் பாதை ஒரு பொருளில் காந்த தூண்டலின் கோடுகளில் "காற்று" என்று கூறலாம். இந்த நிகழ்வு உயர் வெப்பநிலை பிளாஸ்மாவின் காந்த வெப்ப காப்புக்கான தொழில்நுட்பத்தில் பயன்படுத்தப்படுகிறது - சுமார் 10 6 K வெப்பநிலையில் முழுமையாக அயனியாக்கம் செய்யப்பட்ட வாயு. கட்டுப்படுத்தப்பட்ட தெர்மோநியூக்ளியர் எதிர்வினைகளைப் படிக்கும் போது, ​​இதே நிலையில் உள்ள ஒரு பொருள் "டோகாமாக்" வகையின் வசதிகளில் பெறப்படுகிறது. பிளாஸ்மா அறையின் சுவர்களைத் தொடக்கூடாது. ஒரு சிறப்பு கட்டமைப்பின் காந்தப்புலத்தை உருவாக்குவதன் மூலம் வெப்ப காப்பு அடையப்படுகிறது. படம் 1. பதினெட்டு. 6 ஒரு காந்த "பாட்டில்" (அல்லது பொறி) ஒரு சார்ஜ்-சுமந்து துகள் பாதை ஒரு உதாரணம் விளக்குகிறது.

படம் 1. பதினெட்டு. 6. காந்த பாட்டில். சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்கள் அதன் வரம்புகளுக்கு அப்பால் செல்லாது. இரண்டு சுற்று மின்னோட்ட சுருள்களைப் பயன்படுத்தி தேவையான காந்தப்புலத்தை உருவாக்கலாம்.

பூமியின் காந்தப்புலத்திலும் இதே நிகழ்வு நிகழ்கிறது, இது விண்வெளியில் இருந்து மின்னூட்டம் சுமக்கும் துகள்களின் ஓட்டத்திலிருந்து அனைத்து உயிரினங்களையும் பாதுகாக்கிறது.

வரையறை 7

விண்வெளியில் இருந்து வேகமாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்கள், பெரும்பாலும் சூரியனில் இருந்து, பூமியின் காந்தப்புலத்தால் "தடுக்கப்படுகின்றன", இதன் விளைவாக கதிர்வீச்சு பெல்ட்கள் உருவாகின்றன (படம் 1.18.7), இதில் துகள்கள், காந்தப் பொறிகளில் இருப்பது போல், முன்னும் பின்னுமாக நகரும். வடக்கு மற்றும் தெற்கு காந்த துருவங்களுக்கு இடையே உள்ள சுழல் பாதைகளில் ஒரு நொடியில்.

ஒரு விதிவிலக்கு துருவப் பகுதிகள் ஆகும், இதில் சில துகள்கள் வளிமண்டலத்தின் மேல் அடுக்குகளில் ஊடுருவுகின்றன, இது "அரோராஸ்" போன்ற நிகழ்வுகளின் தோற்றத்திற்கு வழிவகுக்கும். பூமியின் கதிர்வீச்சு பெல்ட்கள் சுமார் 500 கிமீ தொலைவில் இருந்து நமது கிரகத்தின் பத்து ஆரங்கள் வரை நீண்டுள்ளது. பூமியின் தென் காந்த துருவமானது கிரீன்லாந்தின் வடமேற்கில் உள்ள வடக்கு புவியியல் துருவத்திற்கு அருகில் அமைந்துள்ளது என்பதை நினைவில் கொள்வது மதிப்பு. நிலப்பரப்பு காந்தத்தின் தன்மை இன்னும் ஆய்வு செய்யப்படவில்லை.

படம் 1. பதினெட்டு. 7. பூமியின் கதிர்வீச்சு பெல்ட்கள். சூரியனில் இருந்து வேகமாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்கள், பெரும்பாலும் எலக்ட்ரான்கள் மற்றும் புரோட்டான்கள், கதிர்வீச்சு பெல்ட்களின் காந்தப் பொறிகளில் சிக்கியுள்ளன.

வளிமண்டலத்தின் மேல் அடுக்குகளில் அவர்களின் படையெடுப்பு சாத்தியமாகும், இது "வடக்கு விளக்குகள்" தோற்றத்திற்கு காரணமாகும்.

படம் 1. பதினெட்டு. எட்டு . காந்தப்புலத்தில் சார்ஜ் இயக்கத்தின் மாதிரி.

படம் 1. பதினெட்டு. 9 . மாஸ் ஸ்பெக்ட்ரோமீட்டர் மாதிரி.

படம் 1. பதினெட்டு. பத்து . வேகத் தேர்வி மாதிரி.

உரையில் பிழை இருப்பதைக் கண்டால், அதை முன்னிலைப்படுத்தி Ctrl+Enter ஐ அழுத்தவும்

ஒரு குறிப்பிட்ட திசையில் நகரும் மின் கட்டணங்கள் அவற்றைச் சுற்றி ஒரு காந்தப்புலத்தை உருவாக்குகின்றன, வெற்றிடத்தில் அதன் பரவல் வேகம் ஒளியின் வேகத்திற்கு சமமாக இருக்கும், மற்ற ஊடகங்களில் சற்று குறைவாக இருக்கும். கட்டணத்தின் இயக்கம் வெளிப்புற காந்தப்புலத்தில் ஏற்பட்டால், வெளிப்புற காந்தப்புலத்திற்கும் கட்டணத்தின் காந்தப்புலத்திற்கும் இடையில் ஒரு தொடர்பு ஏற்படுகிறது. மின்னோட்டமானது சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்களின் இயக்கம் என்பதால், மின்னோட்டத்தை சுமக்கும் கடத்தியில் காந்தப்புலத்தில் செயல்படும் விசையானது தனித்தனி (ஆரம்ப) சக்திகளின் விளைவாக இருக்கும், அவை ஒவ்வொன்றும் ஒரு அடிப்படை சார்ஜ் கேரியருக்குப் பயன்படுத்தப்படும்.

வெளிப்புற காந்தப்புலத்திற்கும் நகரும் கட்டணங்களுக்கும் இடையிலான தொடர்பு செயல்முறைகள் ஜி. லோரென்ஸால் ஆய்வு செய்யப்பட்டன, அவர் தனது பல சோதனைகளின் விளைவாக, காந்தப்புலத்திலிருந்து நகரும் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள் மீது செயல்படும் சக்தியைக் கணக்கிடுவதற்கான சூத்திரத்தைப் பெற்றார். அதனால்தான் ஒரு காந்தப்புலத்தில் நகரும் மின்னூட்டத்தில் செயல்படும் விசை Lorentz விசை என்று அழைக்கப்படுகிறது.

வடிகால் மூலம் கடத்தி மீது செயல்படும் விசை (ஆம்பியர் விதியிலிருந்து) இதற்கு சமமாக இருக்கும்:

வரையறையின்படி, தற்போதைய வலிமை I \u003d qn (q என்பது கட்டணம், n என்பது 1 வினாடிகளில் கடத்தியின் குறுக்குவெட்டு வழியாக செல்லும் கட்டணங்களின் எண்ணிக்கை). இது குறிக்கிறது:

எங்கே: n 0 - ஒரு யூனிட் தொகுதியில் உள்ள கட்டணங்களின் எண்ணிக்கை, V - அவற்றின் இயக்கத்தின் வேகம், S - கடத்தியின் குறுக்கு வெட்டு பகுதி. பிறகு:

இந்த வெளிப்பாட்டை ஆம்பியர் சூத்திரத்தில் மாற்றினால், நாம் பெறுகிறோம்:

இந்த விசை கடத்தியின் தொகுதியில் உள்ள அனைத்து கட்டணங்களிலும் செயல்படும்: V = Sl. கொடுக்கப்பட்ட தொகுதியில் இருக்கும் கட்டணங்களின் எண்ணிக்கை இதற்கு சமமாக இருக்கும்:

பின்னர் லோரென்ட்ஸ் படைக்கான வெளிப்பாடு இப்படி இருக்கும்:

இதிலிருந்து நாம் ஒரு காந்தப்புலத்தில் நகரும் சார்ஜ் q இல் செயல்படும் லோரென்ட்ஸ் விசை, சார்ஜ், வெளிப்புற புலத்தின் காந்த தூண்டல், அதன் இயக்கத்தின் வேகம் மற்றும் V மற்றும் இடையே உள்ள கோணத்தின் சைன் ஆகியவற்றிற்கு விகிதாசாரமாகும் என்று முடிவு செய்யலாம். பி, அதாவது:

நேர்மறை கட்டணங்களின் இயக்கத்தின் திசையானது சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்களின் இயக்கத்தின் திசையாக எடுத்துக் கொள்ளப்படுகிறது. எனவே, கொடுக்கப்பட்ட சக்தியின் திசையை இடது கை விதியைப் பயன்படுத்தி தீர்மானிக்க முடியும்.

எதிர்மறை கட்டணங்களில் செயல்படும் சக்தி எதிர் திசையில் செலுத்தப்படும்.

Lorentz விசை எப்போதும் சார்ஜின் வேகம் V க்கு செங்குத்தாக இயக்கப்படுகிறது, எனவே வேலை செய்யாது. இது V இன் திசையை மட்டுமே மாற்றுகிறது, அதே சமயம் காந்தப்புலத்தில் நகரும் போது மின்னூட்டத்தின் இயக்க ஆற்றல் மற்றும் வேகம் மாறாமல் இருக்கும்.

ஒரு சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள் காந்த மற்றும் மின்சார புலங்களில் ஒரே நேரத்தில் நகரும் போது, ​​ஒரு சக்தி அதன் மீது செயல்படும்:

E என்பது மின்சார புல வலிமை.

ஒரு சிறிய உதாரணத்தைக் கவனியுங்கள்:

3.52∙10 3 V இன் முடுக்கி சாத்தியமான வேறுபாட்டைக் கடந்து செல்லும் எலக்ட்ரான், தூண்டல் கோடுகளுக்கு செங்குத்தாக ஒரு சீரான காந்தப்புலத்தில் நுழைகிறது. பாதை ஆரம் r = 2 செ.மீ., புலத் தூண்டல் 0.01 டி. எலக்ட்ரானின் குறிப்பிட்ட கட்டணத்தைத் தீர்மானிக்கவும்.

குறிப்பிட்ட கட்டணம் என்பது வெகுஜனத்திற்கான கட்டண விகிதத்திற்கு சமமான மதிப்பு, அதாவது e / m.

தூண்டல் B கொண்ட ஒரு காந்தப்புலத்தில், தூண்டல் கோடுகளுக்கு செங்குத்தாக V வேகத்தில் நகரும் கட்டணம் Lorentz விசை F L \u003d BeV ஆல் பாதிக்கப்படுகிறது. அதன் செயல்பாட்டின் கீழ், ஒரு சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள் ஒரு வட்டத்தின் வளைவுடன் நகரும். நியூட்டனின் 2 வது விதியின் படி, இந்த வழக்கில் லோரென்ட்ஸ் விசை மையவிலக்கு முடுக்கத்தை ஏற்படுத்தும் என்பதால், நாம் எழுதலாம்:

இயக்க ஆற்றல், எம்வி 2/2 க்கு சமமாக இருக்கும், எலக்ட்ரான் மின்சார புல சக்திகளின் (A = eU) வேலையின் காரணமாக நாம் பெறும் சமன்பாட்டிற்கு மாற்றாகப் பெறுகிறது.

« இயற்பியல் - தரம் 11 "

காந்தப்புலம் தற்போதைய மின்கடத்திகள் உட்பட நகரும் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்களின் மீது சக்தியுடன் செயல்படுகிறது.
ஒரு துகள் மீது செயல்படும் சக்தி என்ன?

1.
காந்தப்புலத்தால் நகரும் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள் மீது செலுத்தப்படும் விசை என்று அழைக்கப்படுகிறது லோரன்ட்ஸ் படைபொருளின் கட்டமைப்பின் மின்னணுக் கோட்பாட்டை உருவாக்கிய சிறந்த டச்சு இயற்பியலாளர் X. லோரென்ஸின் நினைவாக.
ஆம்பியர் விதியைப் பயன்படுத்தி லோரென்ட்ஸ் படையைக் கண்டறியலாம்.

லோரென்ட்ஸ் படை மாடுலஸ்கடத்தியின் இந்தப் பிரிவில் ஒழுங்கான முறையில் நகரும் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்களின் எண்ணிக்கை N க்கு, Δl நீளமுள்ள கடத்தியின் ஒரு பிரிவில் செயல்படும் விசை F மாடுலஸின் விகிதத்திற்கு சமம்:

காந்தப்புலத்திலிருந்து கடத்தியின் பிரிவில் செயல்படும் சக்தி (ஆம்பியர் ஃபோர்ஸ்) என்பதால்
சமமாக உள்ளது F=| நான் | BΔl பாவம் α,
மற்றும் கடத்தியில் மின்னோட்டம் உள்ளது I = qnvS
எங்கே
q - துகள் கட்டணம்
n என்பது துகள்களின் செறிவு (அதாவது ஒரு யூனிட் தொகுதிக்கான கட்டணங்களின் எண்ணிக்கை)
v - துகள்களின் வேகம்
எஸ் என்பது கடத்தியின் குறுக்குவெட்டு.

பின்னர் நாம் பெறுகிறோம்:
ஒவ்வொரு நகரும் கட்டணமும் காந்தப்புலத்தால் பாதிக்கப்படுகிறது லோரன்ட்ஸ் படைசமமாக:

இதில் α என்பது திசைவேக திசையன் மற்றும் காந்த தூண்டல் திசையன் இடையே உள்ள கோணம்.

Lorentz விசை திசையன்களுக்கு செங்குத்தாக உள்ளது மற்றும் .

2.
லோரென்ட்ஸ் படையின் திசை

லோரென்ட்ஸ் படையின் திசையானது அதைப் பயன்படுத்தி தீர்மானிக்கப்படுகிறது இடது கை விதிகள், இது ஆம்பியர் விசையின் திசை:

காந்த தூண்டலின் கூறு, சார்ஜ் வேகத்திற்கு செங்குத்தாக, உள்ளங்கைக்குள் நுழையும் வகையில் இடது கை அமைந்திருந்தால், நான்கு நீட்டிய விரல்கள் நேர்மறை மின்னூட்டத்தின் இயக்கத்துடன் (எதிர்மறையின் இயக்கத்திற்கு எதிராக) இயக்கப்பட்டால், கட்டைவிரல் வளைந்திருக்கும். 90 ° மூலம் F l சார்ஜ் மீது செயல்படும் Lorentz சக்தியின் திசையைக் குறிக்கும்

3.
சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள் நகரும் இடத்தில், மின்சார புலம் மற்றும் காந்தப்புலம் இரண்டும் இருந்தால், மின்னூட்டத்தில் செயல்படும் மொத்த விசை சமமாக இருக்கும்: = el + l. q என்பது F el = q க்கு சமம்.

4.
லோரென்ட்ஸ் படை எந்த வேலையும் செய்யாது, ஏனெனில் இது துகள்களின் திசைவேக திசையனுக்கு செங்குத்தாக உள்ளது.
இதன் பொருள் லோரென்ட்ஸ் விசையானது துகள்களின் இயக்க ஆற்றலை மாற்றாது, அதன் விளைவாக அதன் வேகத்தின் மாடுலஸ் ஆகும்.
Lorentz விசையின் செயல்பாட்டின் கீழ், துகள்களின் திசைவேகத்தின் திசை மட்டுமே மாறுகிறது.

5.
ஒரு சீரான காந்தப்புலத்தில் சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள்களின் இயக்கம்

அங்கு உள்ளது ஒரேவிதமானகாந்தப்புலம் துகள்களின் ஆரம்ப வேகத்திற்கு செங்குத்தாக இயக்கப்படுகிறது.

லோரென்ட்ஸ் விசையானது துகள் திசைவேக திசையன்கள் மற்றும் காந்தப்புலத் தூண்டலின் மாடுலியைப் பொறுத்தது.
காந்தப்புலம் நகரும் துகளின் வேகத்தின் மாடுலஸை மாற்றாது, அதாவது லோரென்ட்ஸ் விசையின் மாடுலஸ் மாறாமல் உள்ளது.
லோரென்ட்ஸ் விசையானது திசைவேகத்திற்கு செங்குத்தாக உள்ளது, எனவே துகள்களின் மையவிலக்கு முடுக்கத்தை தீர்மானிக்கிறது.
ஒரு நிலையான மாடுலோ வேகத்துடன் நகரும் ஒரு துகளின் மையவிலக்கு முடுக்கத்தின் மாடுலஸில் உள்ள மாறுபாடு என்பது

ஒரு சீரான காந்தப்புலத்தில், சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள் r ஆரம் வட்டத்தில் ஒரே சீராக நகரும்..

நியூட்டனின் இரண்டாவது விதியின்படி

பின்னர் துகள் நகரும் வட்டத்தின் ஆரம் இதற்கு சமம்:

ஒரு துகள் ஒரு முழுமையான புரட்சியை (சுற்றுப்பாதை காலம்) செய்ய எடுக்கும் நேரம்:

6.
நகரும் கட்டணத்தில் காந்தப்புலத்தின் செயல்பாட்டைப் பயன்படுத்துதல்.

நகரும் கட்டணத்தில் ஒரு காந்தப்புலத்தின் செயல் தொலைக்காட்சி கினெஸ்கோப் குழாய்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது, இதில் திரையை நோக்கி பறக்கும் எலக்ட்ரான்கள் சிறப்பு சுருள்களால் உருவாக்கப்பட்ட காந்தப்புலத்தால் திசைதிருப்பப்படுகின்றன.

அதிக ஆற்றல் கொண்ட துகள்களை உருவாக்க சைக்ளோட்ரான் - சார்ஜ் செய்யப்பட்ட துகள் முடுக்கியில் லோரென்ட்ஸ் விசை பயன்படுத்தப்படுகிறது.

மாஸ் ஸ்பெக்ட்ரோகிராஃப்களின் சாதனம் ஒரு காந்தப்புலத்தின் செயல்பாட்டை அடிப்படையாகக் கொண்டது, இது துகள்களின் வெகுஜனங்களை துல்லியமாக தீர்மானிக்க உதவுகிறது.