Retning af ladede partikler. Bevægelse af ladede partikler i elektriske, magnetiske og andre kraftfelter

Lad en partikel med massen m og lad e flyve med hastighed v ind i det elektriske felt af en flad kondensator. Længden af ​​kondensatoren er x, feltstyrken er lig med E. Skifter man opad i det elektriske felt, vil elektronen flyve gennem kondensatoren langs en buet bane og flyve ud af den, idet den afviger fra den oprindelige retning med y. Under påvirkning af feltkraften, F = eE = ma, bevæger partiklen sig accelereret lodret, derfor . Tidspunktet for bevægelse af en partikel langs x-aksen med en konstant hastighed. Så . Og dette er ligningen for en parabel. At. en ladet partikel bevæger sig i et elektrisk felt langs en parabel.

3. Bevægelse af ladede partikler i et magnetfelt.

Lad os overveje bevægelsen af ​​en ladet partikel i et magnetisk felt med styrke N. Feltlinjerne er afbildet med prikker og er rettet vinkelret på tegningens plan (mod os).

En ladet partikel i bevægelse er elektrisk strøm. Derfor afbøjer magnetfeltet partiklen opad fra dens oprindelige bevægelsesretning (elektronens bevægelsesretning er modsat strømmens retning)

Ifølge Amperes formel er kraften, der afbøjer en partikel i ethvert afsnit af banen, lig med , strøm, hvor t er den tid, hvor ladningen e passerer langs sektionen l. Det er derfor. I betragtning af det får vi

Kraften F kaldes Lorentz-kraften. Retningerne F, v og H er indbyrdes vinkelrette. Retningen af ​​F kan bestemmes af venstrehåndsreglen.

Da Lorentz-kraften er vinkelret på hastigheden, ændrer den kun retningen af ​​partiklens hastighed uden at ændre størrelsen af ​​denne hastighed. Heraf følger, at:

1. Arbejdet udført af Lorentz-styrken er nul, dvs. et konstant magnetfelt virker ikke på en ladet partikel, der bevæger sig i det (ændres ikke kinetisk energi partikler).

Lad os huske det i modsætning til magnetisk felt det elektriske felt ændrer energien og hastigheden af ​​en partikel i bevægelse.

2. En partikels bane er en cirkel, hvorpå partiklen holdes af Lorentz-kraften, som spiller rollen som en centripetalkraft.

Vi bestemmer radius r for denne cirkel ved at sætte lighedstegn mellem Lorentz- og centripetalkræfterne:

Hvor .

At. Radius af cirklen, langs hvilken partiklen bevæger sig, er proportional med partiklens hastighed og omvendt proportional med magnetfeltstyrken.

Omdrejningsperioden for en partikel T er lig med forholdet mellem omkredsen S og partikelhastigheden v:. Under hensyntagen til udtrykket for r får vi . Følgelig afhænger omdrejningsperioden for en partikel i et magnetfelt ikke af dens hastighed.

Hvis der skabes et magnetfelt i det rum, hvor en ladet partikel bevæger sig, rettet i en vinkel i forhold til dens hastighed, så vil partiklens videre bevægelse være den geometriske sum af to samtidige bevægelser: rotation i en cirkel med en hastighed i en plan vinkelret på kraftlinjerne, og bevægelse langs feltet med en hastighed . Det er klart, at den resulterende bane for partiklen vil være en spirallinje.

4. Elektromagnetiske blodhastighedsmålere.

Driftsprincippet for en elektromagnetisk måler er baseret på bevægelse elektriske ladninger i et magnetfelt. Der er en betydelig mængde elektriske ladninger i blodet i form af ioner.

Lad os antage, at et vist antal enkeltladede ioner bevæger sig inde i arterien med en hastighed på . Hvis en arterie placeres mellem polerne på en magnet, vil ionerne bevæge sig i magnetfeltet.

For retninger og B vist i fig. 1 er den magnetiske kraft, der virker på positivt ladede ioner, rettet opad, og kraften, der virker på negativt ladede ioner, er rettet nedad. Under påvirkning af disse kræfter bevæger ionerne sig til de modsatte vægge af arterien. Denne polarisering af arterielle ioner skaber et felt E (fig. 2) ækvivalent homogent felt flad kondensator. Så er potentialforskellen i en arterie U med diameter d relateret til E med formlen. Dette elektriske felt, der virker på ionerne, skaber elektriske kræfter, og hvis retning er modsat retningen og, som vist i fig.

I eksperimenter for at studere strukturen af ​​kerner og mekanismerne for nukleare reaktioner er det næsten altid nødvendigt ikke kun at måle partiklernes energi, men også at identificere dem. Efterhånden som energien og massen af ​​bombarderende partikler stiger, stiger antallet af åbne reaktionskanaler, og følgelig øges det dannede sæt af kerner. Problemet med pålidelig identifikation af reaktionsprodukter er særligt akut i tungionfysik. Lad os se på forskellige partikelidentifikationsmetoder.

Identifikation baseret på målinger af specifikt energitab og total energi (ΔE-E metode)

Denne metode er den vigtigste, når man studerer reaktioner med lette ioner (1 H, 2 H, 3 H, 3 He, 4 He). Den bruger et detektorteleskop bestående af en tynd transmissionsdetektor ΔE og en total energiabsorptionsdetektor E. (Tynde siliciumdetektorer samt ioniseringskamre og proportionaltællere bruges som ΔE detektor; siliciumdetektorer eller ultrarene detektorer bruges som en total absorptionsdetektor germanium HpGe) Energitab i ΔE-detektoren

hvor k er en koefficient uafhængig af partiklens massetal A og ladning Z. AZ 2 kaldes identifikationsparameteren. Størrelsen af ​​ΔE-kanalsignalet er proportional med kAZ 2 /E, E-kanalen - E - kAZ 2 /E. På ΔE -E-planet vises fordelingen af ​​en familie af hyperbler, som hver svarer til en partikel (nuklid) med et bestemt massetal og ladning (se fig. 1). Tykkelsen af ​​transmissionsdetektoren bestemmer de nedre og øvre grænser for det målte energiområde for en given nuklid. Hvis energien er lav, vil partiklen efterlade næsten al energien i transmissionsdetektoren, og signalet fra totalabsorptionsdetektoren vil være lille og "drukne" i støj. Hvis energien er høj, er det modsatte sandt. I de eksperimentelle ΔE-E-fordelinger er hyperblerne slørede. I fig. Figur 2 viser, hvordan projektionerne på ΔE-aksen af ​​energitværsnittet i E-kanalen omtrent ser ud. Bredden af ​​fordelingerne bestemmes ikke kun af støjen fra detektorer og elektronik, men også af andre faktorer, herunder følgende:

• Statistiske udsving af tab i tynde detektorer.
• Inhomogenitet af tykkelsen af ​​ΔE-detektoren, hvilket fører til en spredning af energitab i den og i E-detektoren.
• Spredning af områder og energitab i døde lag af detektorer.
• Udsving i ladningsstørrelsen. Den gennemsnitlige ladning af en ion Zeff, når den passerer gennem en ΔE-detektor, falder sammen med atomnummeret Z for kun de letteste ioner. Når Z stiger og/eller energien falder, øges forskellen mellem Z og Zeff. For tunge ioner kan denne effekts indflydelse på opløsning være mærkbart større end indflydelsen af ​​statistiske udsving i tab.

Jo tungere ionerne er, jo mere begrænser disse faktorer AE-E-metodens muligheder. Relativ ændring i identifikationsparameteren for to naboisotoper af et givet element
Δ A/A for protoner er 1, for 20 Ne - 0,05, for argon isotoper - 0,025, og for xenon isotoper -<00.1. Кроме того, для идентификации тяжелых ионов нужны очень тонкие прострельные детекторы. Хорошие же твердотельные ΔE-детекторы с толщиной менее 10 мкм редкость, т.к. трудно добиться высокой однородности их толщины. Для идентификации тяжелых ионов в качестве ΔE-детектора используются газовые детекторы (ионизационные камеры и пропорциональные счетчики). В них необходимую толщину можно оперативно установить, изменив давление газа. Их площадь может быть сделана заметно большей, чем у полупроводниковых детекторов. Кроме того, они радиационно устойчивы. Недостатком газовых детекторов являются заметно худшие по сравнению с твердотельными детекторами временные характеристики.
Når atomnummeret stiger, kan der opstå en situation, hvor neutronrige isotoper af grundstoffet Z og neutronmangelfulde isotoper af grundstoffet Z+1 vil have lignende identifikationsparametre.
Alle disse faktorer begrænser anvendeligheden af ​​ΔE-E-metoden for ioner med massetal A større end ~20. Z-opløsningen er dobbelt så god som A-opløsningen.

I fig. 3. Viser et eksempel på et elektronisk blokdiagram til partikelidentifikation ved hjælp af ΔE-E-metoden.

ΔE- og E-kanaler er identiske. Et bipolært signal fjernes fra en af ​​udgangene på den spektrometriske forstærker, som føres til en enkelt-kanals tidsanalysator. Det tjener til at fremhæve det ønskede amplitude (energi) område og til at opnå et tidsstempel. I dette tilfælde opnås det ved hjælp af den bipolære signal nul referencemetode. Signaler fra tidsindstillede enkeltkanalanalysatorer føres til et koincidenskredsløb, der styrer de lineære porte. Lineære porte sender således kun signaler, der er inden for energiområdet af interesse og matcher inden for opløsningstiden. Signaler fra de lineære porte går ind i ADC'en og derefter ind i det todimensionelle analysesystem. Nu er det muligt at vælge områder af det todimensionelle spektrum svarende til visse partikler og projicere dette område på E-aksen, hvorved der opnås amplitude (energi) spektre for individuelle partikler. I de spektre, der opnås på denne måde, er forholdet mellem energien af ​​partiklen E og kanalnummeret n ikke-lineær, da ikke al energien E er registreret i E-kanalen, men kun den, der er tilbage efter at have passeret gennem Δ E- detektor og n er proportional med denne energi,

n = k.

(3)

Korrigering af tab i ΔE-detektoren er let at udføre ved hjælp af tabeller over specifikke tab.
For at øge rækkevidden af ​​energier og registrerede partikler, hvis det for eksempel er ønskeligt samtidig at optage spektre på 1 H, 2 H, 3 H, 3 He, 4 He i et bredt energiområde, kan man bruge et teleskop bestående af tre detektorer, tynd ΔE 1, tykkere ΔE 2 og E. Derefter vil ΔE 1-detektoren for lav energi og/eller tungere partikler fungere som en transmissionsdetektor, og fuldstændig absorption vil forekomme i ΔE + E-detektorerne. eller lettere partikler, vil ΔE 1 + ΔE fungere som en transmissionsdetektor 2, og fuldstændig absorption vil forekomme i detektor E.

Identifikation baseret på energi- og flyvetidsmålinger (E-t-metoden)

Time-of-flight-metoden er fundamental for måling af neutronenergifordelinger. Detektoren bruges i dette tilfælde til kun at få information om det tidspunkt, hvor neutronen rammer den. Ved ladede partikler er der heller ingen problemer med at få energiinformation fra detektoren. For ikke-relativistiske partikler er flyvetiden relateret til den kinetiske energi ved relationen

(4)

hvor t f er flyvetiden i nanosekunder, d er flyvegrundlaget i meter, A er partiklens massetal i atomare masseenheder, E er partiklens kinetiske energi i MeV. Ved samtidig måling af energi og flyvetid er det således muligt at identificere partikler efter masse ved at måle todimensionelle energi-tid for flyvefordelinger. Ioner, der har ens masse, men forskellige ladninger, vil naturligvis ikke adskille sig.
Masseopløsningen af ​​E-t-metoden ved brug af en halvlederdetektor er næsten fuldstændig bestemt af tidsopløsningen

Med en Gauss-fordeling og ΔA = 0,59 a.m.u. 95 % af partiklerne vil blive detekteret i det korrekte masseområde. I tabel Figur 1 viser masseopløsningerne beregnet ved hjælp af formel (6) for forskellige energier og massetal for en installation med et spænd på 1 m og en tidsopløsning på 1 ns.

Tabel 1. Masseopløsning for partikler med forskellige energier og masser.

Massenummer, a.e.m.	Energi, MeV
	0.5	1	5	10	50	100
1	0.02	0.03	0.06	0.09	0.20	0.28
2	0.03	0.04	0.09	0.12	0.28	0.39
5	0.04	0.06	0.14	0.20	0.44	0.62
10	0.06	0.09	0.20	0.28	0.62	0.87
20	0.09	0.12	0.28	0.39	0.87	1.24
50	0.14	0.20	0.44	0.62	1.38	1.96

I fig. Figur 6 viser et blokdiagram over den elektronik, der kan bruges til identifikation ved hjælp af E-t metoden.

Detektorimpulserne føres ind i en ladningsfølsom forforstærker. Fra den ladningsfølsomme forforstærker sendes signaler til både de hurtige og spektrometriske forstærkere. De hurtige forstærkersignaler føres til en hurtig diskriminator, som tjener til timing. Standard timing-signaler fra den hurtige diskriminator sendes til startindgangen på VAK a. Stop-indgangen modtager signaler fra en anden hurtig diskriminator, som genererer timing-signaler ved hjælp af periodiske strålemodulationer (for eksempel en RF-cyklotron). VAK-impulser, hvis amplitude er proportional med flyvetidspunktet, kommer ind i ADC'en. En anden ADC modtager signaler fra den spektrometriske forstærker, hvis amplitude er proportional med energien. ADC-signalerne kommer ind i det todimensionelle analysesystem, som i Δ E-E metoden.
Opløsningen i tid og følgelig i masse kan forbedres sammenlignet med den overvejede mulighed, hvis der i stedet for HF anvendes en tynd film placeret i partiklens vej til timing. Når partikler passerer gennem denne film, vil sekundære elektroner blive slået ud af den og registreret af mikrokanalpladen. Signaler fra mikrokanalpladen føres til en ladningsfølsom forforstærker. Fra forforstærker - til hurtig forstærker + hurtig diskriminator. I dette tilfælde leveres tidssignalerne fra mikrokanalpladen til startindgangen på VAK'en og fra partikeldetektoren til stopindgangen.
Kombinationen af ​​E-t og Δ E-E metoder gør det muligt at gå videre i separationen af ​​nuklider med Z til ~28 og med A til ~60.

Identifikation ved hjælp af magnetisk analyse

Fra den magnetiske analyseligning

hvor A er ionens massetal, q er dens ladning, E er ionens kinetiske energi, B er magnetfeltstyrken, R er ionens krumningsradius i et magnetfelt, følger det, at ved at fiksere B og R i et magnetisk spektrometer og samtidig måling af den kinetiske energi E, er det muligt at bestemme forholdet mellem massetallet og kvadratet af ionladningen, dvs. foretage identifikation.
Ulempen ved et sådant system er dets lave effektivitet. Partikler fra et meget snævert energiområde trænger ind i detektoren. For at registrere hele spektret er det nødvendigt at ændre magnetfeltstyrken gentagne gange. Denne ulempe kan delvist overvindes ved at placere positionsfølsomme detektorer i brændplanet. En anden ulempe er, at isotoper med lignende A/q 2 værdier, for eksempel isobarer af naboelementer, der er i de samme ladningstilstande, ikke adskilles.
Denne ulempe kan overvindes ved at kombinere magnetisk analyse med ΔE-E metoden. Degenerationen i isobarer med identiske iontilstande fjernes her, pga værdien af ​​specifik ionisering afhænger ikke af ionladningen, men af ​​den gennemsnitlige ladning af ionen Z eff.

Kombination af identifikationsmetoder

For pålidelig identifikation af nuklider i en bred vifte af massetal A og atomnumre Z er der skabt installationer, der anvender alle tre identifikationsmetoder. Lad os skrive identifikationsligningerne i følgende form

Brug af Bragg-kurven til at identificere partikler

Kurven for specifikke ioniseringsenergitab versus afstand (Bragg-kurven) er et "telefonkort" for en ladet partikel. I begyndelsen af ​​1980'erne blev det foreslået at blive brugt til partikelidentifikation. For at implementere denne idé blev der oprettet passende ioniseringskamre.
Målinger af Bragg-kurven i et gasformigt medium gør det muligt at opnå følgende karakteristika for partiklen: dens energi E, område R, specifikke tab dE/dx og amplituden af ​​Bragg-toppen A BP (specifikke tab ved maksimum af Bragg-kurve). Der er to måder at identificere partikler på baseret på Bragg-kurvemålinger. I den første er partikelbanen vinkelret på elektroderne i ioniseringskammeret, i den anden er den parallel.

Partikelidentifikation ved hjælp af et ioniseringskammer med elektroder vinkelret på partikelbanen
Bragg Curve Spectroscopy (BCS)

Ris. 9. Skemaer af ioniseringskammeret og BCS-metoden.

I fig. Figur 9 viser et diagram af et ioniseringskammer med elektroder vinkelret på partikelbanen. Afstanden mellem katoden og Frisch-gitteret er større end det maksimale område af identificerbare partikler, afstanden mellem Frisch-gitteret og anoden er mindre end minimumsområdet af identificerbare partikler. De påviste partikler kommer ind i et kammer fyldt med gas gennem et tyndt indgangsvindue. ( Indgangsvinduet er en tynd plastfilm placeret så tæt som muligt på katoden i dette tilfælde er katoden et gitter. Katoden eller en del af den kan være lavet af en metalliseret film, så vil den samtidig tjene som et indgangsvindue.) En ladet partikel forårsager ionisering af gassen. Elektrondensitetsfordelingen langs partikelsporet svarer til Bragg-kurven. Elektronerne fra ionisering bevæger sig med konstant hastighed i et ensartet elektrisk felt mod Frisch-nettet. ( Ensartetheden af ​​det elektriske felt sikres af de dannende elektroder, hvortil spændingen tilføres fra en spændingsdeler.) Frisch-gitteret skærmer anoden mod ladninger, der er placeret mellem den og katoden. ( For at forhindre opsamling af elektroner på Frisch-nettet skal det elektriske felt mellem gitteret og anoden være større end mellem katoden og gitteret.) Ladningen opsamlet ved anoden er således kun bestemt af elektronerne, der bevæger sig mellem Frisch-gitteret og anoden. Det betyder, at formen af ​​strømsignalet ved anoden er et spejlbillede af Bragg-kurven. Både analog og digital signalbehandling bruges til at udtrække nyttig information indeholdt i det aktuelle signal fra anoden.

Ved analog behandling føres signalet fra anoden til en ladningsfølsom forforstærker. Fra forforstærkeren føres signalet til to forstærkere. En af dem har en stor tidskonstant (~6-8 μs), så hele signalet er integreret og amplituden af ​​udgangssignalet er proportional med partikelenergien. Den anden forstærker har en mærkbart mindre tidskonstant, omtrent lig med flyvetiden for elektroner fra Bragg-toppen mellem Frisch-gitteret og anoden (~0,1-0,5 μs), dens amplitude er proportional med amplituden af ​​strømsignalet A BP og dermed ionladningen. Ioner med forskellige energier, men med de samme ladninger, oplever omtrent de samme specifikke tab i regionen ved Bragg-toppen. I fig. Figur 10 viser E-A BP-fordelingen. Område A BP = const bestemmes af afstanden mellem Frisch-gitteret og anoden og følgelig den tilhørende tidskonstant for forstærkerens formningskredsløb. Når ionens rækkevidde er mindre end denne afstand, er hele signalet integreret i begge forstærkere, og identifikation bliver umulig.

Digital signalbehandling bruger hurtige parallelle ADC'er, som gør det muligt at registrere signalformen og udføre identifikation ikke kun ved Z, men også med massenummeret A, i det mindste for lette elementer. Dette kan for eksempel gøres ved at bruge standardsignaler opnået for forskellige isotoper og sammenligne formen af ​​det målte signal med standardsignalerne (se fig. 11).

/ Ladede partikler. Oldgræsk myte eller moderne virkelighed?

OPLADEDE PARTIKLER.
GAMMEL GRÆSK MYTE ELLER MODERNE VIRKELIGHED?

De fleste moderne videnskabelige teorier er i en eller anden grad forbundet, eller har været i lang tid og fast forbundet, med ideer om eksistensen af ​​ladede partikler. Disse ideer er så solidt etableret i den videnskabelige verdens hoveder, at der ikke er et eneste begrundet og evidensbaseret forsøg i verdenspressen på at fortolke og forstå årsagerne til fremkomsten af ​​interaktionskræfter på afstand fra nogen anden position. Der er ret mange udtalelser på internettet og i den private presse om tvivl om eksistensen af ​​elektroner, men ingen andre versioner foreslås for at forklare fremkomsten af ​​interaktionskræfter.

Indtil nu er et af de mest brugte og pålidelige værktøjer til at forstå mikroverdenen Wilson-kammeret, der blev opfundet for næsten hundrede år siden. Baseret på observationer af de processer, der foregår både i dette kammer og i andre lignende installationer, er hovedkonklusionerne draget om mikroverdenens struktur, om mikropartiklernes energier, masser og hastigheder, og en teori om atomernes struktur er blevet draget. oprettet.

Denne artikel foreslår at se på de processer, der foregår i kamre for at observere ladede partikler fra et lidt andet perspektiv, og at skabe nogle forudsætninger for en delvis gentænkning af vores etablerede syn på strukturen af ​​mikroverdenen.

FYSISK KARAKTER AF SPORDANNING I KAMRE TIL OBSERVATION AF LADEDE Partikler

Vi vil tage en kort beskrivelse af de fysiske processer for dannelsen af ​​synlige spor, der forekommer i et skykammer, fra beskrivelsen i en lærebog for gymnasiet. Denne korte og fuldstændigt forståelige fortolkning af dannelsen af ​​spor er indlejret i vores bevidsthed i en ung alder og i fremtiden vender den videnskabelige presse ikke tilbage til den.

"Et skykammer er en hermetisk lukket beholder fyldt med vand eller alkoholdamp tæt på mætning. Når stemplet sænkes kraftigt, forårsaget af et fald i trykket under stemplet, udvider gassen i kammeret sig adiabatisk. Som et resultat sker der afkøling, og dampen bliver overmættet. Hvis en partikel kommer ind i kammeret lige før eller lige efter ekspansion, vil de ioner, den producerer, fungere som kondensationskerner. De vanddråber, der vises på dem, danner et spor af det flyvende partikelspor. Derefter vender kammeret tilbage til sin oprindelige tilstand, og et særligt "rensnings"-felt fjerner ionerne."

Dette forbavsende enkle og tilgængelige billede for den almindelige læser af dannelsen af ​​spor fra ladede partikelioner dukker op for os alle.

Da sådanne synspunkter om dannelsen af ​​spor blev dannet, vidste videnskaben stadig intet om strukturen af ​​atomer og kvantitative estimater af partiklerne inkluderet i disse atomer. I dag menes det, at størrelsen af ​​atomkerner og størrelsen af ​​selve atomerne og elektronerne er kendt ret præcist. Under hensyntagen til disse dimensioner vil vi forsøge at vurdere rigtigheden af ​​vores domme om de foreslåede betingelser for sporets udseende.

Størrelsen af ​​atomkernerne er estimeret til 10 -12 cm, den gennemsnitlige størrelse af selve atomerne er ca. 10 -8 cm. Den tilsyneladende diameter af sporet er ca af selve kernen med sporets tværgående dimensioner, er det let at se, at forholdet mellem disse størrelser er elleve decimaler.

Teorien om atomets struktur siger, at kernens energizone, som en ladet partikel, ikke kan overstige atomets størrelse, da atomet er en elektrisk neutral formation. Hvis denne betingelse anses for sand, bliver to punkter i spordannelsesprocessen fuldstændig uforståelige:

For det første, hvordan kan en flyvende partikel danne ioner fra vandmolekyler i så stor afstand fra sig selv?

For det andet, hvilken fysisk proces sker under dannelsen af ​​ioner?

Lad os antage, at en partikel, der flyver med meget høj hastighed (ca. 0,15 af lysets hastighed), er kernen i et uranatom. Urankernen har en strengt defineret positiv ladning og bør højst sandsynligt danne et lige så strengt defineret antal ladede ioner. Det kan i det første tilfælde antages, at en positivt ladet partikel slår én elektron ud fra et vandmolekyle, som enten skal slutte sig til partiklen eller flyve væk et sted. Hvis en partikel fanger en elektron, så kan den danne lige så mange vandioner som dens ladning, det vil sige 238. Men i ethvert spor er der titusinder og hundreder af milliarder af vandmolekyler, med de mest konservative beregninger. Det viser sig, at energikraften af ​​en ladet partikel til at producere ioner er praktisk talt ubegrænset? Hvis dannelsen af ​​ioner af en flyvende partikel sker ifølge nogle andre fysiske love, så skal dette meget vigtige punkt forklares.

Den mindste negativt ladede partikel, elektronen, blev også opdaget i skykammeret. Hvordan en elektron kan skabe en ion ud fra mindst ét ​​vandmolekyle er af endnu større interesse. Hvis en elektron indføres i et vandmolekyle, vil der kun opnås én negativt ladet ion. Men denne elektron efterlod også et stort antal ioner efter sin flugt.

Ikke mindre interessant er den foreslåede proces med kondensering af vanddamp, som udføres af nye ioner. Ifølge hvilke fysiske love forårsager en ladet partikel kondensering af vanddamp?

Indtil nu har man i undersøgelsen af ​​omdannelsen af ​​vand fra en aggregeringstilstand til en anden kun foreslået indflydelsen af ​​varmefaktorer på vanddamp. Disse faktorer har været kendt i mange hundrede år, og de siger, at hvis vanddamp opløst i luften tvinges til at falde i tåge, så skal denne luftmængde afkøles, hvilket sker i kammeret, når stemplet er skarpt. sænkes. Men stemplet skal kun sænkes til det punkt, hvor temperaturfaldet i kammeret ikke bør nå dugpunktet, men skal være tæt på dette punkt. Ellers vil den faldne tåge ikke tillade, at de fremkommende spor kan observeres. Koncentrationen af ​​vandmolekyler i små dråber sker allerede, men disse dråber forstyrrer endnu ikke kammerets gennemsigtighed.

Yderligere kondensering af vanddamp under påvirkning af nye ioner, som præsenteret i beskrivelsen af ​​dannelsen af ​​spor, er en fuldstændig uforståelig og uberettiget teknisk proces. I henhold til de nuværende love for klassisk fysik er yderligere afkøling af blandingen af ​​luft og vanddamp i dette område nødvendig for at opnå dannelsen af ​​tåge i sporområdet. Men hvad kan denne kulde bringe her? Selve partiklen, der flyver med en så enorm hastighed, kan i princippet ikke køle sporområdet, både på grund af den ubetydelige interaktionstid med nogen af ​​vandmolekylerne, og fordi dens temperatur kun kan være meget højere end temperaturen på selve kammeret. Da atomreaktioner altid finder sted med en stor frigivelse af varme, skal den partikel, der udsendes fra dette medium, have en meget højere temperatur i forhold til temperaturen i kammeret.

Kondensationen af ​​vanddamp fra fremkommende ioner i sporzonen kan ikke forklares med sådanne primitive og ubeviste antagelser. Hvis sådanne fysiske processer virkelig kan forekomme i naturen, så skal de bekræftes af andre eksperimenter og mere dybtgående beviser. Så er der sådanne beviser?

Det er umuligt at forklare sporenes oprindelse med en så overfladisk, langt fra videnskabelig argumentation enten ved dannelse af ioner eller ved kondensering af vanddamp på de dannede ioner.

Men der er også en tredje, måske den vigtigste faktor i dannelsen af ​​spor, dette er den nye glød af sporene selv. Hvorfor begynder vanddamp i sporområdet at udsende lys?

Lad os antage, at ioner alligevel dannes og begynder at gløde. Men i dette tilfælde er det nødvendigt at begrunde, hvorfor ioner kun udsender lys i kamre for at observere ladede partikler. Mange fysiske og kemiske processer forklares ved udseendet af ladede formationer, men ingen steder er det bemærket, at disse formationer gløder. Og i dette tilfælde er der ingen dokumenterede beviser.

Resultatet af ovenstående overvejelser kan betragtes som det faktum, at det er umuligt at være tilfreds med nogen af ​​de foreslåede forklaringer på forekomsten af ​​spor i kamre til observation af ladede partikler. Alle de foreslåede begrundelser for de nye spor opstod i forskernes hoveder, fordi sporene begynder at interagere med magnetiske og elektriske felter, og vores moderne menneskelige tænkning virker kun i én retning: søgen efter ladede partikler, ladninger og ladede formationer begynder. Det er kun muligt at udvikle andre ideer om de processer, der finder sted i forskellige kamre til observation af partikler, hvis vi i nogen grad kan ændre vores etablerede meninger om verden omkring os.

Udseendet af spor kan underbygges meget lettere ved at gøre en væsentlig antagelse: Under atomare reaktioner udsender radioaktive lægemidler til det omgivende rum kun stråling af forskellige frekvenser og styrker, der er tilgængelige for observation. Vi kan ikke tale om nogen udsendte ladede partikler endnu. Det er klart, at en sådan antagelse kan virke for primitiv, og alligevel vil vi forsøge at overveje spordannelsesprocesserne fra denne position.

Sænkningen af ​​stemplet i skykammeret resulterer i en tilstand tæt på tåge, men kondensering af små dråber vand eller alkohol forekommer allerede. Snævert rettet frekvensstråling fra et radioaktivt lægemiddel exciterer de resulterende fint spredte dråber af kondensat med en frekvens, der er synlig for øjet, hvorfor der observeres et lysende spor. Præcis efter de samme naturlige principper opstår gløden fra forskellige fosforforbindelser, fosfor, når hvidt lys rammer overfladerne af disse kroppe og får dem til at udsende lysstrømme med synlige frekvenser. I disse tilfælde fungerer én universel lov, loven om at konvertere nogle typer energi til andre typer. For at excitere energi af en bestemt frekvens i enhver fysisk krop, skal kroppens frekvensspektrum indeholde denne frekvens.

Reagenserne i alle kamre begynder at udsende lys, når strålingsfrekvensen er lig med eller et multiplum af reagensexcitationsfrekvensen. Når frekvenserne for stråling og excitation af materielle legemer er ens, sker den største absorption af strålingsenergi. Disse er resonansinteraktioner mellem energiudsenderen og forbrugeren.

Radioaktive stoffer udsender ikke kun de frekvenser, der kan observeres i disse kamre. Strålingsfrekvenser, der ikke er i stand til at excitere nogen kammerreagenser (vanddamp, alkohol osv.) ved synlige frekvenser er også almindelige frekvensstrålinger, men kaldes stadig partikelflyvninger kaldet "neutrinoer".

Radioaktiv stråling har en generelt negativ effekt på alle levende organismer, ligesom røntgenstråler og ultraviolet stråling. Men alle disse er frekvensstråling, uden nogen flyvninger af partikler ved høje hastigheder. Partikler tjener kun som et elastisk medium, hvori bølgefrekvensenergi overføres. Ligesom når man overfører lydenergi fra et punkt i rummet til et andet, er en masse luftpartikler kun et mellemled, så når man overfører andre frekvensenergier, sikrer et bestemt elastisk medium fra nogle andre partikler bevægelsen af ​​disse energier.

Opfindelsen af ​​den moderne model af atomets struktur fandt sted, da processer i mikrokosmos blev studeret ikke kun ved hjælp af kameraer til observation af mikropartikler, men også ved hjælp af andre enheder. Så Rutherford, ved hjælp af en enhed, han opfandt, studerede adfærden af ​​positivt ladede alfapartikler ved lysscintillationer på en skærm ved hjælp af et mikroskop. Det foreslås også at være særlig opmærksom på disse eksperimenter og konklusioner fra dem.

PLANETÆR MODEL AF ATOMET

Opfindelsen af ​​den planetariske model af atomet er en af ​​de mest betydningsfulde opdagelser i teoretisk fysik i det tyvende århundrede. Hele teoretiske videnskaber, især kvantemekanik, er baseret på denne models formodede handling. Derfor er det interessant at se på de processer, der foregår i Rutherfords enhed fra lidt forskellige, mere kritiske positioner.

I samme fysiklærebog siges der om Rutherfords eksperimenter: "En stråle af alfapartikler udsendt af et radioaktivt lægemiddel blev frigivet af en membran og faldt derefter på en tynd folie lavet af det materiale, der blev studeret (guld, kobber osv.) ." Denne ret smalle liste over undersøgte materialer tilbydes os uden at angive, hvad der menes med bemærkningen "osv." I dette tilfælde er dette ret vigtigt, da det i den samme lærebog, men i et andet afsnit, siges: "Alfastråler har den mindst gennemtrængende kraft. Et lag papir på omkring 0,1 mm er allerede uigennemsigtigt for dem."

I eksperimenter, hvor Rutherford brugte en tynd guldplade som en barriere for passage af alfapartikler, blev der draget konklusioner om den planetariske model for atomernes struktur. Desuden blev disse konklusioner lavet for alle elementer i det periodiske system uden undtagelse. Det er umuligt at indrømme, at han ikke kunne have kendt til, at disse stråler næsten fuldstændigt ikke kunne passere gennem et tyndt lag papir.

Alle papirets kemiske grundstoffer har nøjagtig samme planetstruktur som guld, men de kan ikke passere hurtigt flyvende partikler igennem sig selv. Hvordan kan man forklare en sådan hjælpeløshed ved alfastråler ved at overvinde almindeligt papir?

Lad os antage, at alfa-stråler faktisk er alfapartikler, som Rutherford endda kaldte alfa-projektiler. Disse partikler bevæger sig ganske frit over en tynd guldplade med sjældne afvigelser fra den lige vej.

Fysikere er godt klar over, at den største hindring for passage af al stråling er bly, et metal, der er meget tæt på guld i Mendeleevs periodiske system af grundstoffer. Atomvægten af ​​guld er 196, og bly er 207, serienummeret for guld er 79, blyets er 82. Baseret på disse indikatorer kan vi roligt antage, at hvis der i stedet for en guldplade, en blyplade af nøjagtig samme dimensioner placeres i Rutherfords apparat, så skal alfapartikler passere gennem blyet trænge ind med nøjagtig samme ydeevne som gennem guld. Så hvorfor ikke nu gentage eksperimenterne med alfapartikler, der overvinder plader lavet af bly, og endelig bevise atomernes planetariske struktur? Hvis bly ikke tillader disse formodede partikler at passere gennem sig selv, som papir, så er disse slet ikke partikler, og spørgsmålet om atomernes struktur vil være fuldstændig åbent.

Selve metoden til fremkomsten af ​​en verdensopdagelse er overraskende, da en forsker, der kun arbejdede med ét materiale, formåede at fange hele den videnskabelige verden med sine konklusioner og udvide disse konklusioner til alle andre kemiske elementer, og derfor materialer. Rutherford arbejdede trods alt kun med guld. Eksperimenter med kobber og nogle andre materialer blev udført meget senere. Hvorfor blev der ikke udført eksperimenter for at overvinde guld med alfapartikler med mange andre grundstoffer og materialer, især papir og bly?

Lad os antage, at atomverdenen faktisk ligner solsystemets struktur, men så skal lysfotoner trænge igennem de store rum mellem kerner og elektroner uden nogen forhindringer, det vil sige være gennemsigtige for lys! Men dette er et paradoks.

Ud fra et synspunkt om muligheden for, at alfapartikler passerer gennem forskellige medier, er det af interesse, om disse partikler kan trænge igennem glas. Det kan jo vise sig, at glas vil opføre sig på samme måde som papir.

Som et resultat af ovenstående ræsonnement kan man ganske enkelt komme til den konklusion, at der ikke er alfapartikler, der flyver med høje hastigheder, men der er bølge-alfastråling af en bestemt frekvens. Disse strålinger overvinder nogle stoffer ganske frit af de samme grunde, som lysstråler overvinder mange materielle medier (glas, vand, diamanter).

Glas er skabt af komponenter, der er uigennemsigtige for lys, men så snart disse komponenter kombineres til glas ved hjælp af en bestemt teknologi, trænger lyset frit igennem denne barriere. Fra et teknisk synspunkt kan dette fænomen forklares ved, at de dannede molekyler af glasmassen fik forskellige spektrale egenskaber i forhold til de originale komponenter. Lysets frekvens er lig med eller et multiplum af glassets, hvilket er grunden til, at lysbølger overvinder denne solide barriere ganske frit. Men uanset hvor omhyggeligt de optiske materialer behandles, reflekteres ubetydelige lysstrømme altid fra glassets overflade og brydes i nogle vinkler. Alfastråler opfører sig på nøjagtig samme måde, når de overvinder forhindringer lavet af guld, kobber og nogle andre stoffer eller materialer.

Kære læsere, hvis de ovenfor foreslåede argumenter får dig til at tænke og tvivle på rigtigheden af ​​vores moderne ideer om strukturen af ​​mikroverdenen, så er dette den mest direkte vej til at genoverveje nogle af grundlaget for moderne videnskab. Først og fremmest er det nødvendigt at forstå, hvorfor forskere i det sidste århundrede tog sådanne ret uberettigede beslutninger, når de analyserede årsagerne til sporets udseende, når de analyserede årsagerne til, at stråling overvinder visse materialer. Hovedårsagen til sådanne fysisk uberettigede beslutninger kan kun betragtes som det faktum, at vores menneskelige bevidsthed er under magten af ​​myten om eksistensen af ​​ladede partikler. De gamle grækere gav os en simpel idé til at forstå fremkomsten af ​​interaktionskræfter i en afstand mellem elektrificerede kroppe, og videnskaben har udnyttet denne idé i omkring tre hundrede år uden noget ønske om at opfinde noget, der ligner sandheden. Måske skal vores generation oftere huske, at de gamle grækere var de mest opfindsomme skabere af en lang række forskellige myter, men vi tror ikke helt på dem.

I løbet af de sidste århundreder af dens udvikling har teorien om ladede partikler fået en enorm matematisk bagage. Med hver tildeling af flere og flere nye kvaliteter til elektronen alene, vokser det matematiske apparat, der er designet til at retfærdiggøre disse kvaliteter, umådeligt. En elektron flyver fra et legeme til et andet, roterer rundt om sin egen akse og rundt om kernen, er både en partikel og en bølge, men ingen har endnu forklaret i de mest generelle vendinger, hvorfor denne unikke partikel frastøder sin egen art og tiltrækkes til positivt ladede partikler.

Fra videnskabens udviklingshistorie er det klart, at den menneskelige tænkning søger at forklare mange uforståelige fysiske fænomener indledningsvis ved hjælp af nogle materielle partikler. Processerne med varmeoverførsel og forbrændingsprocesser er blevet forklaret i mange år af forskellige partiklers handlinger, så måske er tiden inde til at se på kroppes interaktionsprocesser på afstand fra et helt andet perspektiv?

ELEKTRISKE OG MAGNETISKE INTERAKTIONER

Elektriske vekselvirkninger mellem legemer tilskrives eksistensen af ​​ladede partikler i naturlige elementer, som har en hidtil uforklarlig evne til at tiltrække og frastøde hinanden. Årsagerne til magnetiske interaktioner forklares ved tilstedeværelsen af ​​de samme elektroner i legemer. Rotationen af ​​en elektron om sin egen akse gør denne partikel, universel i sine evner, til en elementær magnetisk dipol, men her er det også uklart, hvordan disse dipoler påvirker hinanden. Sådanne teoretiske ræsonnementer kan kun gøre krav på eksistensen, når de fysiske årsager til vekselvirkningerne mellem ladede partikler er underbygget. For nu er dette en ret svag videnskabelig hypotese.

Lad os overveje nogle fysiske fænomener forbundet med produktionen af ​​såkaldt statisk elektricitet, som udbydes i lærebøger til gymnasier. Den enkleste og mest tilgængelige metode til at producere statisk elektricitet opstår, når to bestemte materialer gnides mod hinanden. Disse materialer skal altid have gode isolerende egenskaber og have en amorf kropsstruktur. De fleste skolebøger bruger plastikkamme og elevhår som tilgængelige materialer til at illustrere forekomsten af ​​statisk elektricitet. Disse lærebøger siger, at når en kam gnides mod håret, vil en "lille portion" elektroner overføres fra håret til kammen og oplade det med en negativ ladning. Alt er meget enkelt og originalt, men denne enkelhed er for vildledende.

Fra samme fysikkursus ved man, at atomet er en meget stabil struktur, som hverken høje terrestriske tryk eller høje temperaturer kan ødelægge, men en let berøring af en kam til håret førte i det væsentlige til ødelæggelsen af ​​denne atomare struktur. Tabet af én elektron, desuden en valens én, må nødvendigvis føre til en ændring i de kemiske og fysiske egenskaber af det molekyle, hvori dette atom indgår. Der er måske ikke en "ubetydelig del" af sådanne molekyler, men en meget væsentlig. Lad os derfor dvæle ved analysen af ​​en anden skoleoplevelse.

Den manuelt drevne elektrostatiske maskine er velkendt for alle skolebørn. Rotationen af ​​håndtaget på denne maskine overføres gennem en gearkasse til rotationen af ​​en skive lavet af organisk glas. Tynde ark staniol eller papir kommer i kontakt med disken. Bladenes friktionskraft på den roterende skive skaber effekten af ​​at generere elektrisk spænding, hvorfra kondensatoren, den såkaldte Leyden-krukke, oplades. Ladningsenergien i en kondensator kan nå en Coulomb, som er 1024 elektronvolt. Det viser sig, at det samme antal elektroner opstod fra friktionen af ​​papirstykker på en roterende skive, som bevægede sig gennem ledere til en af ​​kondensatorpladerne. Som vi kan se, kan antallet af elektroner genereret fra sådan friktion ikke kaldes "ubetydeligt".

De gnidende dele af papirstykkerne på overfladen af ​​skiven, under hensyntagen til tykkelsen af ​​arkene, udgør cirka en kubikcentimeter. Lad os konventionelt antage, at antallet af molekyler i dette volumen papir er lig med antallet af vandmolekyler af samme volumen, og det vil også være 1024, da størrelsen af ​​et vandmolekyle antages at være cirka 10-8 cm . Faktisk er størrelsen af ​​et molekyle papir meget større end størrelsen af ​​et molekyle vand.

Som et resultat af de enkleste beregninger og antagelser, der er gjort, finder vi, at hvert papirmolekyle skal miste mindst én elektron for at give en kondensatorladning på én Coulomb. Men på trods af dette mister papiret ingen af ​​sine fysiske kvaliteter og vinder ikke noget.

Effekten af ​​ovenstående ræsonnement kan forstærkes meget, hvis vi giver mulighed for en vis modernisering af selve maskinen. Det er muligt at tilslutte kondensatoren via en aftagelig forbindelse uden skader på maskinens funktion. Vi opladede en kondensator, koblede den fra maskinen, installerede den næste og så videre. Kontroller mængden af ​​opladning på hver kondensator hver gang. Den samlede mængde elektroner, der undslap fra stykker papir, vil nå et astronomisk tal. Du kan oplade på hinanden følgende kondensatorer, indtil papirarkene er helt slidte, det vil sige indtil deres gnidningsflader bliver til støv. I slutningen af ​​et sådant eksperiment skal du kun stille dig selv spørgsmålet om oprindelsen af ​​et sådant antal elektroner. Vi kørte alle de elektroner, der dukkede op i Leyden-krukker, og holdt dem der i en isoleret tilstand, men der skete ingen ændringer i selve maskinen.

Desværre tilskrives sådanne unikke handlinger ladede partikler i mange tilfælde i studiet af statisk elektricitet. Tag for eksempel den beskrevne adfærd af ladede partikler i elektrificerede legemer. Det viser sig, at både positive og negative ladninger akkumuleres på fremspringene og spidse dele af disse kroppe. På grund af de frastødningsegenskaber, der tilskrives dem, burde lignende ladede partikler gøre det stik modsatte. De må spredes fra disse begrænsede steder for deres eksistens. Hvorfor tilskriver vores bevidsthed så vedvarende sådanne fantastiske handlinger ladede partikler?

I elektrificerede kroppe er elektrisk energi faktisk koncentreret om deres spidse fremspring og uregelmæssigheder. Denne energikoncentration kan observeres både visuelt, under visse eksperimenter og måles med elektrostatiske enheder. Kun elektrificering afhænger slet ikke af, at under denne proces sker adskillelsen af ​​ladninger, og deres overgang fra en krop til en anden finder sted. Indtil vores menneskelige bevidsthed frigør sig fra disse antikke græske og middelalderlige syn på mikroverdenens struktur, indtil da vil vi komme med flere og flere fantastiske træk ved ladede partiklers adfærd og spilde vores intellektuelle potentiale på frugtesløse ideer.

Verden omkring os er struktureret enkelt, og i denne enkelthed skal vi lede efter spor til verdensstrukturen. Sådanne tanker blev udtrykt af nogle store tænkere fra fortiden.

Studiet af den fysiske natur af elektrisk energi begyndte med arbejde på statisk elektricitet. Fra samme udgangspunkt vil vi nu forsøge at forstå nogle af de love, der styrer udseendet af denne type elektricitet.

Gensidig bevægelse af overfladerne af to faste legemer i forhold til hinanden forårsager altid opvarmning af begge legemer. Frigivelsen af ​​varme sker på grund af de friktionskræfter, der opstår, og jo større disse kræfter er, jo større frigivelse af varme. Termisk energi er en ret højfrekvent stråling, og her kan man tænke på, hvordan en ikke for høj bevægelseshastighed af kontaktende legemer genererer en så høj frekvens af termisk energi. Indtil videre kan den foreslåede version af dette fænomen formuleres som følger: på grund af friktionskræfter er de elastiske bindinger af molekyler, der er placeret på overfladerne af disse legemer med andre molekyler, udsat for deformation, og disse bindinger exciteres med en vis frekvens. Processen med excitation af frekvensenergi i legemer under friktion forekommer højst sandsynligt netop i intermolekylære bindinger. Denne effekt ligner excitationen af ​​en strakt streng, når den bliver slået.

Mangfoldigheden af ​​faste stoffers eksistens tyder på, at forbindelserne mellem forskellige molekyler med hinanden også er forskellige. Nogle legemer opvarmes mere under friktion, mens der i andre legemer kan opstå excitation fra friktionskræfter ved helt andre frekvenser, eller endda ved en vis sum af frekvenser. I legemer med en amorf struktur sker excitationen af ​​varme fra friktionskræfter ubetydeligt, men der opstår overvejende elektrostatisk energi, som også er den samme frekvensenergi. Det er højst sandsynligt, at elektrisk energi opstår under friktion i krystallinske legemer, men her vil den blive lukket gennem krystallerne inde i kroppen og omdannet til varme gennem de såkaldte Foucault-strømme.

Lad os antage, at elektrisk energi egentlig kun er almindelig frekvensstråling, men uden en begrundelse for vekselvirkningerne på afstand af elektrificerede legemer, kan en sådan udtalelse ikke fortjene nogen opmærksomhed. I dette tilfælde vil vi forsøge at retfærdiggøre denne beslutning til en vis grad gennem velkendte fysiske fænomener og love.

Fænomenet Brownsk bevægelse er blevet opdaget i lang tid, det anses for at være godt undersøgt, og alligevel kan der drages nogle flere konklusioner fra det. Den grundlæggende essens af bevægelsen af ​​Brownske partikler er klar. Disse partikler bevæger sig, fordi vandmolekyler bevæger sig under påvirkning af termisk stråling. Årsagen er klar, men det er slet ikke klart, hvordan termisk stråling får dette molekyle til at bevæge sig og bevæge sig i en bestemt tid i en strengt defineret retning. Hvad er den naturlige mekanisme, der tvinger et vandmolekyle til at omdanne relativt højfrekvent varmeenergi til energien af ​​translationel mekanisk bevægelse. Vi forstår heller ikke helt årsagerne til dannelsen af ​​krystaller. Indtil videre er alt, hvad man ved om strukturen af ​​krystaller, at molekylerne i krystallen er arrangeret i en strengt defineret rækkefølge.

I væsker kan molekylernes bevægelse observeres visuelt, men også i faste stoffer oplever molekyler et konstant ønske om at bevæge sig. Fænomenerne fordampning og diffusion indikerer excitationen i ethvert molekyle af energier til translationel mekanisk bevægelse, og disse bevægelsesenergier afhænger proportionalt af størrelsen af ​​frekvensenergier koncentreret i legemer.

Brownsk bevægelse af molekyler i væsker afhænger af mængden af ​​termisk energi. I dette eksempel er et bestemt mønster allerede tydeligt synligt: ​​energien af ​​mekanisk bevægelse skabte termisk energi, som så igen bliver til den mekaniske energi af molekylær bevægelse. Denne proces overholder fuldt ud den universelle lov om transformation af en type energi til andre typer.

Alle typer af udsendte energier, der i øjeblikket er kendt af os, forplanter sig i det omgivende rum i henhold til deres egne love. Indtil videre kan det med tilstrækkelig begrundelse konstateres, at betingelserne for udbredelse af forskellige strålinger i høj grad afhænger af strålingens frekvens. Jo tættere disse strålinger i frekvens nærmer sig lysstråling, jo højere rækkevidde og direktehed af stråling. Radiofrekvensemissioner bekræfter til en vis grad dette princip.

For at forstå arten af ​​fremkomsten af ​​kræfter til interaktion mellem kroppe på afstand, lad os antage, at vi på en eller anden måde var i stand til at rette den termiske bevægelse af de fleste vandmolekyler i én retning. I dette tilfælde vil hele mængden af ​​vand begynde at bevæge sig i rummet uden nogen synlige materielle forbindelser med kilden til denne rettede varme. Der vil være en vekselvirkning mellem varmekildens krop og karret med vand. For varme-vand-forbindelsen er dette et urealistisk eksempel, men elektriske og magnetiske vekselvirkninger kan forekomme netop i henhold til dette scenarie. Hvis termisk energi i det omgivende rum ikke kan forplante sig i en strengt defineret retning, så har elektrisk energi en så streng retning, som det kan ses af dannelsen af ​​observerede elektriske kraftlinjer.

Elektrisk energi opstår altid fra den mekaniske bevægelsesenergi. De indbyrdes bevægelser af gnidningsoverfladerne af faste legemer, bevægelsen af ​​ledere i et magnetfelt og bevægelsen af ​​luftmasser i det omgivende rum giver anledning til fremkomsten af ​​elektrisk energi. Til gengæld giver spredningen af ​​elektrisk energi i det omgivende rum anledning til mekanisk gensidig bevægelse af legemer.

Den elektriske frekvens, der exciteres af friktion i ethvert legeme, udstråles i det omgivende rum over små afstande og danner energiforbindelser lukket i en ring (cyklus). Som nævnt ovenfor kan sådanne legemer kun være legemer med høj elektrisk modstand. Generatoren af ​​stråling ind i rummet af elektriske energistrømme er en gruppe af molekyler exciteret af friktionskræfter. Vi kalder sådan elektrisk energi elektrostatisk, selvom der faktisk ikke er statisk her. Dette er almindelig bølgefrekvens, og derfor dynamisk, energi, men for at forenkle yderligere ræsonnementer, vil vi nu bruge udtrykket "elektrostatisk energi".

Elektrostatisk energi i individuelle legemer kan eksistere i meget lang tid på grund af de ubetydelige elektriske strømme, der flyder i et sådant lukket frekvenskredsløb. I elektriske kondensatorer lagres energi også i lang tid i det dielektriske lag mellem kondensatorpladerne. Kondensatorpladerne tjener kun til at levere elektrisk energistrøm til det dielektriske lag.

Lysstråler forplanter sig i det omgivende rum i en lige linje og over lange afstande, men videnskabsmænds sind kom til den konklusion, at det var muligt kunstigt at sløjfe lysbølger med hardware, hvilket resulterede i en enhed kaldet en laser- eller kvantegenerator. Som et resultat af en lysbølges cykling opnås en vis fantastisk proces, som vi langt fra kan forstå, men denne proces ligner meget processen med hurtig energiomdannelse i et lukket elektrisk kredsløb med en lille ohmsk modstand . I sådanne lukkede energikredsløb opstår der en hurtig opbygning af intermolekylære eller intramolekylære bindinger, hvilket observeres i energiemissioner. I naturen sløjfer elektriske bølger naturligt, og dette sker på grund af deres frekvenskarakteristika. Den kunstige proces med looping af lysbølger og den naturlige proces med looping af elektriske bølger ligner effekten af ​​en faldende domino, lukket i en ring og med elastiske forbindelser.

Når et andet legeme kommer ind i fordelingszonen af ​​elektriske kraftledninger, sker der en omfordeling af elektriske strømme i det omgivende rum. Hvis et sådant legeme er et dielektrikum, bliver dette legeme under påvirkning af et elektrisk felt elektrificeret. Denne elektrificering kaldes elektrificering gennem indflydelse.

Strålingsstråling forårsager ligesom elektrisk stråling nogle strukturelle ændringer i nogle kemiske grundstoffer, hvorfor disse grundstoffer også bliver radioaktive, eller radioaktive isotoper, hvilket også er en effekt gennem påvirkning.

Magnetisk energi er meget tæt forbundet med elektrisk energi, hvorfor hovedopdageren af ​​dette forhold, Faraday, kaldte denne proces induktion, det vil sige transformationen af ​​en type energi til en anden. Så hvad er denne energi, hvordan opstår den og hvordan eksisterer den?

Den nylige opdagelse af amerikanske videnskabsmænd om permanente magneters opførsel i termisk isolering fra miljøet kan sige meget, men konklusionerne vil afhænge af den position, hvorfra man ser på resultaterne af et sådant eksperiment. Forsøg har vist, at hvis en permanent magnet placeres i en termostat, begynder temperaturen i den at falde. En simpel, ret dagligdags konklusion fra en sådan oplevelse antyder kun én: lufttemperaturen i termostaten falder på grund af det faktum, at termisk energi bruges på at opretholde et vist niveau af magnetfeltet. Temperaturen i termostaten falder, og niveauet af magnetfeltet falder. Det viser sig, at med et sådant eksperiment er det muligt at nå et tidspunkt, hvor magnetfeltet i en permanent magnet vil ophøre med at eksistere. Fra disse positioner vil vi forsøge at se på den fysiske essens af magnetisk energi.

I ferromagneter kan man observere eksistensen af ​​mikroskopiske områder med tydelige tegn på tilstedeværelsen af ​​magnetisme i fuldstændig fravær af et magnetfelt i selve det ferromagnetiske legeme. Sådanne små områder af magnetiske felter blev kaldt domæner, som væsentligt kan tydeliggøre fremkomsten af ​​det generelle magnetfelt af en ferromagnet. Som det er velkendt, er udbredelsen af ​​magnetfeltet i kroppen af ​​magnetiske materialer tydeligt ujævn i forskellige koordinater, det vil sige, at der observeres udtalt anisotropi. Dette fænomen opstår på grund af det faktum, at magnetfeltet i det ferromagnetiske legeme spredes overvejende over krystallegemet. Hvor den ensrettede dannelse af krystallinske formationer fra smelter finder sted, sker den letteste fremgang af magnetisk flux. Sådanne fænomener er karakteristiske for termiske felter og muligvis elektriske, men dette skal stadig bevises.

Ud fra alt det ovenstående vedrørende magnetisk energi kan vi lave en ret realistisk antagelse, at magnetisk energi altid eksisterer i ferromagnetiske legemer i et bestemt temperaturområde. Denne energi opstår fra termisk energi og er den samme frekvensbølgeenergi som mange andre, der kan spredes i miljøet. Krystaller af ferromagnetiske materialer exciteres ved frekvensen af ​​magnetisk energi og er bærere af denne energi. Synlige magnetiske domæneformationer opstår på grund af, at det er lettest for magnetfelterne i individuelle krystaller at lukke sig om nærliggende krystaller og danne lukkede magnetiske spiraler, det vil sige at danne domæner. Felterne af magnetiske domæner kan kun brydes af ydre påvirkninger på ferromagneter, som opnås af jordens ydre magnetfelt under virkelige naturlige forhold, eller kunstigt ved hjælp af elektriske felter.

I lighed med fremkomsten af ​​magnetisk energi i ferromagnetiske legemer, i andre metalliske medier, opstår elektrisk energi også fra termisk energi. At opnå termo-EMF under fusion af to forskellige metaller i en snæver kontaktzone beviser ganske overbevisende denne transformation af en type energi til en anden. Du kan selvfølgelig i dette tilfælde bygge fantastiske hypoteser om overførsel af ladede partikler fra et medium til et andet, men du kan også foreslå en enklere.

I forbindelseszonen af ​​to forskellige metaller, når de svejses og efterfølgende afkøles, sker der en særlig dannelse af et krystallinsk medium. Hver type metal har sine egne karakteristika i mange fysiske parametre (varmekapacitet, termisk ledningsevne og andre). Disse forskellige parametre for metallerne fører til dannelsen af ​​et krystallinsk medium i samlingszonen med den overvejende retning af de dannede krystaller fra smelten mod et af metallerne. Denne krystaldannelsesproces ligner den kunstige dannelse af enkeltkrystaller til halvlederteknologi. Med andre ord kan vi sige, at der i svejsezonen af ​​to metalliske medier skal være en udtalt ensidig termisk og elektrisk ledningsevne.

I miljøet af metaller omdannes termisk energi konstant til elektrisk energi, kun denne energi, der lukker gennem nabokrystaller som magnetisk energi i ferromagneter, bliver igen omdannet til termisk energi takket være de nye Foucault-strømme. I svejsezonen danner de dannede krystaller i en retning et område med retningsbestemt fremrykning af den fremkommende elektriske energi, hvorfra potentialforskellen vises i enderne af de svejste ledere.

KONKLUSION

Denne artikel giver en kritisk analyse af de eksisterende syn på mikroverdenen omkring os på et givet tidspunkt. Hovedkonklusionen på denne analyse er det faktum, at moderne videnskab har dannet en stærk tro på dominansen af ​​ladede partikler i mikroverdenen. Der er ingen alternative synspunkter om strukturen af ​​mikroverdenen, på trods af at der i fortolkningen af ​​ladede partiklers adfærd er et stort antal klart ubeviste udsagn og fantastiske friheder i ræsonnementet. Så længe repræsentanter for højere teknisk videnskab vedvarende fremmer og udvikler ideerne om ladede partikler, vil andre synspunkter om årsagerne til fremkomsten af ​​interaktionskræfter mellem kroppe på afstand aldrig dukke op og udvikle sig. Et forsøg på at tvinge det menneskelige sind til at tænke anderledes i massebevidstheden er muligt i det tilfælde, hvor repræsentanter for denne højvidenskab tvinger sig selv, i det mindste for en meget kort tid, til at vende tilbage til deres skolebarndom og forsøge at gentænke mange af de grundlæggende principper nedfældet i fysiklærebøger.

Som nævnt ovenfor begynder undersøgelsen af ​​elektricitet med fænomenet elektrificering af en kam, når den gnides mod hår. Det er faktisk meget enkelt at opdage forekomsten af ​​statisk elektricitet på en kam ved de tiltrukne stykker papir, men hvem og hvordan der opdagede et andet tegn på elektrisk potentiale i håret på vores hoved, er fuldstændig uklart. Tilsyneladende er dette en form for teknisk trick, upubliceret på tryk. For at bestemme de modsatte tegn på elektricitet genereret af friktion kan du bruge de nærmeste erstatninger for materialer: i stedet for hår, brug almindelig uldklud, og i stedet for en kam, brug en plastiklineal. Det er meget nemt at opdage det elektriske potentiale i en lineal, der gnides med en klud ved hjælp af snesevis af små stykker papir, der er fastgjort til den, men intet kan registreres i kluden. Ikke et eneste stykke papir, selv det mindste, ønsker at blive tiltrukket af uld eller syntetisk stof. Så hvor blev det positive elektriske potentiale af, hvis de negativt ladede elektroner fløj ind i linjen?

Du kan gnide snesevis af forberedte linealer en efter en med et lille stykke stof, og identificere tilstedeværelsen af ​​ophidset energi i hver af dem, men du kan stadig ikke finde noget i stoffet. Hvor kom så disse grupper af elektroner fra, som trængte ind i herskernes kroppe og kan eksistere i dem i mange timer.

Dette elementære eksperiment ligner eksperimentet med en elektrostatisk maskine foreslået ovenfor, men er meget enkel at implementere.

Hvis de respekterede mestre af moderne videnskab finder lidt tid, gentager en række af de enkleste eksperimenter fra teorien om ladede partikler og kan blive overbevist om et betydeligt antal formelle og ubeviste omstændigheder for eksistensen af ​​disse partikler, så er andre måder i udviklingen af ​​fysisk videnskab kan dukke op. Den allerførste lov, der bestemte de kvantitative forhold mellem positive og negative ladninger, var loven om ligheden af ​​disse ladninger i kroppe. Denne lov bestemte i vid udstrækning den foreslåede struktur af atomer. Et atom eksisterer på elektriske interaktionskræfter, men på grund af ligheden i antallet af modsatte ladninger, anses atomet selv for at være elektrisk neutralt. I dette tilfælde er det nødvendigt at bevise ved et eller andet eksperiment gyldigheden af ​​eksistensen af ​​en sådan lov, men sådanne beviser eksisterer stadig ikke.

Den største indsats i udviklingen af ​​moderne grundlæggende videnskab er placeret på at indhente data fra driften af ​​ladede partikelacceleratorer. Så måske er det værd først at være helt sikker på, at ladede partikler virkelig eksisterer og ikke er et fantastisk opdigtet menneskes fantasi. De enorme materielle ressourcer, der investeres i konstruktionen af ​​stadig nye acceleratorer af opfundne ladede partikler, kan meget vel vise sig at være den mytiske pistol, der er designet til at skyde spurve. I dyre acceleratorer accelereres højst sandsynligt ladede partikler ikke, men frekvensstråling med omtrent samme parametre som dem, der produceres under radioaktive reaktioner, exciteres.

I januar 2013 rapporterede medierne, at russiske videnskabsmænd ved en accelerator havde opdaget et nyt, 117., kemisk element i det periodiske system, hvis levetid er flere milliontedele af et sekund. Så vender årene i midten af ​​det tyvende århundrede tilbage igen, hvor flere og flere nye partikler og kemiske grundstoffer hele tiden blev opdaget? Da det samlede antal opdagede partikler begyndte at nærme sig tre hundrede, blev det besluttet ikke at opdage flere partikler. Nu, højst sandsynligt, skal den videnskabelige verden på en eller anden måde retfærdiggøre de midler, der er investeret i moderne ladede partikelacceleratorer, og den næste runde af opdagelser af nye partikler og grundstoffer begynder?

Videnskaben i de seneste århundreder begyndte at kæmpe med opfindelsen af ​​evighedsmaskiner, men samtidig opfandt den selv en ægte evighedsmaskine i form af en atomanordning. I en stationær tilstand, uden energiudveksling med andre atomer, er interaktionsenergien af ​​elektroner med protoner i kernen en uudtømmelig størrelse, hvilket betyder, at det er en evighedsmaskine.

« Fysik - 10. klasse"

Lad os først overveje det enkleste tilfælde, når elektrisk ladede kroppe er i ro.

Den gren af ​​elektrodynamik, der er viet til studiet af ligevægtsbetingelserne for elektrisk ladede legemer, kaldes elektrostatik.

Hvad er en elektrisk ladning?
Hvilke gebyrer er der?

Med ord elektricitet, elektrisk ladning, elektrisk strøm du har mødtes mange gange og nået at vænne dig til dem. Men prøv at besvare spørgsmålet: "Hvad er en elektrisk ladning?" Selve konceptet oplade- dette er et grundlæggende, primært begreb, som ikke kan reduceres på det nuværende udviklingsniveau af vores viden til nogle simplere, elementære begreber.

Lad os først prøve at finde ud af, hvad der menes med udsagnet: "Denne krop eller partikel har en elektrisk ladning."

Alle legemer er bygget af de mindste partikler, som er udelelige i simplere og derfor kaldes elementært.

Elementarpartikler har masse og på grund af dette tiltrækkes de af hinanden i henhold til loven om universel gravitation. Når afstanden mellem partiklerne øges, falder tyngdekraften i omvendt proportion til kvadratet på denne afstand. De fleste elementarpartikler, selvom ikke alle, har også evnen til at interagere med hinanden med en kraft, der også aftager i omvendt proportion til kvadratet af afstanden, men denne kraft er mange gange større end tyngdekraften.

Så i hydrogenatomet, vist skematisk i figur 14.1, tiltrækkes elektronen til kernen (protonen) med en kraft, der er 10 39 gange større end tyngdekraften.

Hvis partikler vekselvirker med hinanden med kræfter, der aftager med stigende afstand på samme måde som den universelle tyngdekraft, men overstiger gravitationskræfterne mange gange, så siges disse partikler at have en elektrisk ladning. Selve partiklerne kaldes opladet.

Der er partikler uden en elektrisk ladning, men der er ingen elektrisk ladning uden en partikel.

Samspillet mellem ladede partikler kaldes elektromagnetisk.

Elektrisk ladning bestemmer intensiteten af ​​elektromagnetiske interaktioner, ligesom masse bestemmer intensiteten af ​​gravitationsinteraktioner.

Den elektriske ladning af en elementær partikel er ikke en speciel mekanisme i partiklen, der kan fjernes fra den, nedbrydes i dens bestanddele og samles igen. Tilstedeværelsen af ​​en elektrisk ladning på en elektron og andre partikler betyder kun eksistensen af ​​visse kraftinteraktioner mellem dem.

Vi ved i bund og grund intet om ladning, hvis vi ikke kender lovene for disse interaktioner. Viden om lovene for interaktioner bør indgå i vores ideer om ladning. Disse love er ikke enkle, og det er umuligt at skitsere dem med få ord. Derfor er det umuligt at give en tilstrækkelig tilfredsstillende kort definition af begrebet elektrisk ladning.

To tegn på elektriske ladninger.

Alle kroppe har masse og tiltrækker derfor hinanden. Ladede kroppe kan både tiltrække og frastøde hinanden. Denne vigtigste kendsgerning, du kender, betyder, at der i naturen er partikler med elektriske ladninger med modsatte fortegn; i tilfælde af ladninger af samme tegn frastøder partiklerne, og i tilfælde af forskellige tegn tiltrækker de.

Ladning af elementarpartikler - protoner, som er en del af alle atomkerner, kaldes positive, og ladningen elektroner- negativ. Der er ingen interne forskelle mellem positive og negative ladninger. Hvis tegnene på partikelladningerne blev vendt om, ville arten af ​​elektromagnetiske interaktioner overhovedet ikke ændre sig.

Elementær ladning.

Ud over elektroner og protoner er der flere andre typer ladede elementarpartikler. Men kun elektroner og protoner kan eksistere i en fri tilstand på ubestemt tid. Resten af ​​de ladede partikler lever i mindre end en milliontedel af et sekund. De er født under kollisioner af hurtige elementarpartikler og, efter at have eksisteret i en ubetydelig kort tid, henfalder de og bliver til andre partikler. Du bliver fortrolig med disse partikler i 11. klasse.

Partikler, der ikke har en elektrisk ladning, omfatter neutron. Dens masse er kun lidt større end massen af ​​en proton. Neutroner er sammen med protoner en del af atomkernen. Hvis en elementær partikel har en ladning, er dens værdi strengt defineret.

Anklagede lig Elektromagnetiske kræfter i naturen spiller en enorm rolle på grund af det faktum, at alle legemer indeholder elektrisk ladede partikler. Atomernes bestanddele - kerner og elektroner - har en elektrisk ladning.

Den direkte påvirkning af elektromagnetiske kræfter mellem legemer detekteres ikke, da organerne i deres normale tilstand er elektrisk neutrale.

Et atom af ethvert stof er neutralt, fordi antallet af elektroner i det er lig med antallet af protoner i kernen. Positivt og negativt ladede partikler er forbundet med hinanden af ​​elektriske kræfter og danner neutrale systemer.

Et makroskopisk legeme er elektrisk ladet, hvis det indeholder en overskydende mængde elementarpartikler med et hvilket som helst tegn på ladning. Den negative ladning af et legeme skyldes således det overskydende antal elektroner i forhold til antallet af protoner, og den positive ladning skyldes manglen på elektroner.

For at opnå et elektrisk ladet makroskopisk legeme, det vil sige at elektrificere det, er det nødvendigt at adskille en del af den negative ladning fra den positive ladning forbundet med den eller overføre en negativ ladning til et neutralt legeme.

Dette kan gøres ved hjælp af friktion. Hvis du kører en kam gennem tørt hår, så vil en lille del af de mest mobilt ladede partikler – elektroner – bevæge sig fra håret til kammen og lade det negativt, og håret oplades positivt.

Ligestilling af afgifter under elektrificering

Ved hjælp af eksperimentet kan det bevises, at når de elektrificeres ved friktion, får begge legemer ladninger, der er modsatte i fortegn, men identiske i størrelse.

Lad os tage et elektrometer, på hvis stang der er en metalkugle med et hul og to plader på lange håndtag: en lavet af hårdt gummi og den anden lavet af plexiglas. Når man gnider mod hinanden, bliver pladerne elektrificerede.

Lad os bringe en af ​​pladerne ind i kuglen uden at røre dens vægge. Hvis pladen er positivt ladet, vil nogle af elektronerne fra elektrometerets nål og stang blive tiltrukket af pladen og opsamlet på kuglens indre overflade. Samtidig vil pilen blive opladet positivt og vil blive skubbet væk fra elektrometerstangen (fig. 14.2, a).

Hvis du bringer en anden plade ind i kuglen, efter først at have fjernet den første, vil kuglens og stangens elektroner blive afstødt fra pladen og vil akkumulere i overskud på pilen. Dette vil få pilen til at afvige fra stangen, og i samme vinkel som i det første forsøg.

Efter at have sænket begge plader inde i kuglen, vil vi slet ikke opdage nogen afvigelse af pilen (fig. 14.2, b). Dette beviser, at pladernes ladninger er lige store og modsatte i fortegn.

Elektrificering af kroppe og dens manifestationer. Betydelig elektrificering sker under friktion af syntetiske stoffer. Når du tager en skjorte af syntetisk materiale af i tør luft, kan du høre en karakteristisk knitrende lyd. Små gnister springer mellem de ladede områder af gnidningsfladerne.

I trykkerier elektrificeres papir under tryk, og arkene klistrer sammen. For at forhindre dette i at ske, bruges specielle enheder til at dræne ladningen. Elektrificering af kroppe i tæt kontakt bruges dog nogle gange, for eksempel i forskellige elektrokopiinstallationer mv.

Loven om bevarelse af elektrisk ladning.

Erfaring med elektrificering af plader viser, at der under elektrificering ved friktion sker en omfordeling af eksisterende ladninger mellem legemer, der tidligere var neutrale. En lille del af elektronerne bevæger sig fra et legeme til et andet. I dette tilfælde opstår der ikke nye partikler, og allerede eksisterende partikler forsvinder ikke.

Når lig er elektrificeret, loven om bevarelse af elektrisk ladning. Denne lov gælder for et system, hvori ladede partikler ikke kommer ind udefra, og hvorfra de ikke forlader, dvs. isoleret system.

I et isoleret system er den algebraiske sum af ladningerne for alle legemer bevaret.

q 1 + q 2 + q 3 + ... + q n = konst. (14.1)

hvor q 1, q 2 osv. er ladningerne for individuelle ladede legemer.

Loven om bevarelse af ladning har en dyb betydning. Hvis antallet af ladede elementarpartikler ikke ændres, så er opfyldelsen af ​​ladningsbevaringsloven indlysende. Men elementarpartikler kan forvandle sig til hinanden, blive født og forsvinde og give liv til nye partikler.

Men i alle tilfælde fødes ladede partikler kun i par med ladninger af samme størrelse og modsat fortegn; Ladede partikler forsvinder også kun i par og bliver til neutrale. Og i alle disse tilfælde forbliver den algebraiske sum af ladningerne den samme.

Gyldigheden af ​​loven om bevarelse af ladning bekræftes af observationer af et stort antal transformationer af elementarpartikler. Denne lov udtrykker en af ​​de mest fundamentale egenskaber ved elektrisk ladning. Årsagen til afgiftsbevaringen er endnu ukendt.

Den elektromagnetiske kraft, der virker på en ladet partikel, består af de kræfter, der virker fra de elektriske og magnetiske felter:

Kraften defineret af formel (3.2) kaldes den generaliserede Lorentz-kraft. Under hensyntagen til virkningen af ​​to felter, elektriske og magnetiske, siger de, at et elektromagnetisk felt virker på en ladet partikel.

Lad os betragte bevægelsen af ​​en ladet partikel i et elektrisk felt alene. I dette tilfælde antages det herefter, at partiklen er ikke-relativistisk, dvs. dens hastighed er væsentligt mindre end lysets hastighed. Partiklen påvirkes kun af den elektriske komponent af den generaliserede Lorentz-kraft
. Ifølge Newtons anden lov bevæger en partikel sig med acceleration:

, (3.3)

som er rettet langs vektoren i tilfælde af positiv ladning og mod vektoren i tilfælde af negativ ladning.

Lad os undersøge det vigtige tilfælde af en ladet partikels bevægelse i et ensartet elektrisk felt. I dette tilfælde bevæger partiklen sig ensartet accelereret (
). En partikels bane afhænger af retningen af ​​dens begyndelseshastighed. Hvis starthastigheden er nul eller rettet langs vektoren , er partikelbevægelsen retlinet og ensartet accelereret. Hvis partiklens begyndelseshastighed er rettet i en vinkel i forhold til vektoren , så vil partiklens bane være en parabel. Banerne for en ladet partikel i et ensartet elektrisk felt er de samme som banerne for frit (uden luftmodstand) faldende legemer i Jordens gravitationsfelt, som kan betragtes som ensartede nær Jordens overflade.

Eksempel 3.1. Bestem sluthastigheden af ​​en partikel med masse
og opladning , der flyver i et ensartet elektrisk felt afstand . Partiklens begyndelseshastighed er nul.

Løsning.

.

Da feltet er ensartet, og partiklens begyndelseshastighed er nul, vil partiklens bevægelse være retlinet og ensartet accelereret. Lad os nedskrive ligningerne for retlinet ensartet accelereret bevægelse med nul begyndelseshastighed:

.

Lad os erstatte accelerationsværdien fra ligning (3.3) og få:
I et ensartet felt (se 1.21). Størrelse :

. (3.4)

kaldet den accelererende potentialforskel. Altså den hastighed, som en partikel opnår, når den passerer gennem en accelererende potentialforskel Når man bevæger sig i uensartede elektriske felter, er accelerationen af ​​ladede partikler variabel, og banerne vil være mere komplekse. Men problemet med at finde hastigheden af ​​en partikel, der passerer gennem en accelererende potentialforskel

.

, kan løses ud fra loven om energibevarelse. Bevægelsesenergien af ​​en ladet partikel (kinetisk energi) ændres på grund af det elektriske felts arbejde:
Her bruges formel (1.5) til det elektriske felts arbejde på ladningsbevægelse
. Hvis partiklens begyndelseshastighed er nul (
) eller lille sammenlignet med den endelige hastighed, får vi:

, hvoraf formel (3.4) følger. Således forbliver denne formel gyldig i tilfælde af bevægelse af en ladet partikel i et uensartet felt. Dette eksempel viser to måder at løse fysikproblemer på. Den første metode er baseret på den direkte anvendelse af Newtons love. Hvis kræfterne, der virker på kroppen, er variable, kan det være mere hensigtsmæssigt at bruge den anden metode, baseret på loven om energibevarelse.
Lad os nu overveje bevægelsen af ​​ladede partikler i magnetiske felter. En ændring i den kinetiske energi af en partikel i et magnetfelt kan kun forekomme på grund af Lorentz-kraftens arbejde:

. Men arbejdet udført af Lorentz-kraften er altid nul, hvilket betyder, at partiklens kinetiske energi, og samtidig modulus for dens hastighed, ikke ændres. Ladede partikler bevæger sig i magnetiske felter med konstante hastigheder. Hvis et elektrisk felt kan accelerere i forhold til en ladet partikel, så kan et magnetfelt kun afbøje, det vil sige, det kan kun ændre retningen af ​​dets bevægelse.

Lad os overveje muligheder for ladebevægelsesbaner i et ensartet felt.
1. Den magnetiske induktionsvektor er parallel eller antiparallel med den ladede partikels begyndelseshastighed. Derefter følger det fra formel (3.1).

. Følgelig vil partiklen bevæge sig retlinet og ensartet langs de magnetiske feltlinjer.

2. Den magnetiske induktionsvektor er vinkelret på partiklens begyndelseshastighed (i fig. 3.2 er den magnetiske induktionsvektor rettet ud over tegningens plan). Newtons anden lov for en partikel har formen:
.

Lorentz-kraften er konstant i størrelse og rettet vinkelret på hastigheden og vektoren af ​​magnetisk induktion. Det betyder, at partiklen vil bevæge sig hele tiden i ét plan. Derudover følger det af Newtons anden lov, at partiklens acceleration vil være konstant i størrelse og vinkelret på hastigheden. Dette er kun muligt, når partiklens bane er en cirkel, og partiklens acceleration er centripetal. At erstatte værdien af ​​centripetalacceleration i Newtons anden lov
og størrelsen af ​​Lorentz-styrken
, find radius af cirklen:

. (3.5)

Bemærk, at rotationsperioden for en partikel ikke afhænger af dens hastighed:

.

3. Generelt kan den magnetiske induktionsvektor rettes i en bestemt vinkel til partiklens begyndelseshastighed (fig. 3.3). Først og fremmest bemærker vi endnu en gang, at partiklens hastighed i absolut værdi forbliver konstant og lig med værdien af ​​starthastigheden . Hastighed kan dekomponeres i to komponenter: parallelt med den magnetiske induktionsvektor
og vinkelret på den magnetiske induktionsvektor
.

Det er klart, at hvis en partikel fløj ind i et magnetfelt med kun en komponent , så ville den bevæge sig nøjagtigt som i tilfælde 1 ensartet i retning af induktionsvektoren.

Hvis en partikel fløj ind i et magnetfelt med kun én hastighedskomponent , så ville den befinde sig i de samme forhold som i tilfælde 2. Og derfor ville den bevæge sig i en cirkel, hvis radius igen er bestemt ud fra Newtons anden lov:

.

Den resulterende bevægelse af partiklen er således samtidig en ensartet bevægelse langs den magnetiske induktionsvektor med en hastighed og ensartet rotation i et plan vinkelret på den magnetiske induktionsvektor med en hastighed . Banen for en sådan bevægelse er en spirallinje eller spiral (se fig. 3.3). Spiral stigning – afstanden tilbagelagt af partiklen langs induktionsvektoren i løbet af en omdrejning:

.

Hvordan kendes massen af ​​de mindst ladede partikler (elektron, proton, ioner)? Hvordan formår du at "veje" dem (du kan jo ikke lægge dem på vægten!)? Ligning (3.5) viser, at for at bestemme massen af ​​en ladet partikel, skal du kende radius af dens spor, når du bevæger dig i et magnetfelt. Radierne af sporene af de mindst ladede partikler bestemmes ved hjælp af et skykammer placeret i et magnetfelt, eller ved hjælp af et mere avanceret boblekammer. Princippet for deres drift er enkelt. I et skykammer bevæger en partikel sig i overmættet vanddamp og fungerer som en dampkondensationskerne. Mikrodråber, der kondenserer, når en ladet partikel passerer, markerer dens bane. I et boblekammer (opfundet for kun et halvt århundrede siden af ​​den amerikanske fysiker D. Glaser) bevæger partiklen sig i en overophedet væske, dvs. opvarmet over kogepunktet. Denne tilstand er ustabil, og efterhånden som partiklen passerer, opstår der kogning, og en kæde af bobler dannes langs dens spor. Et lignende billede kan ses ved at kaste et gran bordsalt i et glas øl: Når det falder, efterlader det et spor af. gasbobler. Boblekamre er de vigtigste værktøjer til registrering af de mindste ladede partikler, idet de faktisk er de vigtigste informative enheder i eksperimentel kernefysik.