Lorenca spēks. Ierīces vispārīgie principi

KOPSAVILKUMS

Priekšmetā "Fizika"
Tēma: “Lorenca spēka pielietošana”

Pabeidza: T-10915 grupas audzēknis Logunova M.V.

Skolotājs Voroncovs B.S.

Kurgāna 2016

Ievads. 3

1. Lorenca spēka izmantošana. 4

.. 4

1. 2 Masu spektrometrija. 6

1. 3 MHD ģenerators. 7

1. 4 Ciklotrons. 8

Secinājums. vienpadsmit

Izmantotās literatūras saraksts... 13


Ievads

Lorenca spēks- spēks, ar kādu elektromagnētiskais lauks saskaņā ar klasisko (nekvantu) elektrodinamiku iedarbojas uz punktveida lādētu daļiņu. Dažreiz Lorenca spēku sauc par spēku, kas iedarbojas uz kustīgu objektu ar ātrumu υ maksas q tikai no ārpuses magnētiskais lauks, bieži vien pilna spēka - no elektromagnētiskā lauka kopumā, citiem vārdiem sakot, no elektriskā E un magnētisks B lauki.

IN Starptautiskā sistēma vienības (SI) izsaka šādi:

F L = q υ B grēks α

Tas ir nosaukts holandiešu fiziķa Hendrika Lorenca vārdā, kurš 1892. gadā radīja šī spēka izteiksmi. Trīs gadus pirms Lorenca pareizo izteicienu atrada O.Hevisīds.

Lorenca spēka makroskopiskā izpausme ir ampēra spēks.


Izmantojot Lorenca spēku

Tehnoloģijās ļoti plaši izmanto magnētiskā lauka ietekmi uz kustīgām lādētām daļiņām.

Galvenais Lorenca spēka pielietojums (precīzāk, tā īpašais gadījums - Ampere spēks) ir elektriskās mašīnas (elektromotori un ģeneratori). Lorenca spēku plaši izmanto elektroniskās ierīcēs, lai ietekmētu lādētas daļiņas (elektronus un dažreiz jonus), piemēram, televīzijā. katodstaru lampas, V masas spektrometrija Un MHD ģeneratori.

Tāpat šobrīd izveidotajās eksperimentālajās instalācijās kontrolētas kodoltermiskās reakcijas veikšanai tiek izmantota magnētiskā lauka iedarbība uz plazmu, lai to savērptu auklā, kas neskar darba kameras sienas. Lādētu daļiņu apļveida kustība vienmērīgā magnētiskajā laukā un šādas kustības perioda neatkarība no daļiņu ātruma tiek izmantota uzlādētu daļiņu cikliskajos paātrinātājos - ciklotroni.

1. 1. Elektronu staru ierīces

Elektronu staru ierīces (EBD) ir vakuuma elektronisko ierīču klase, kas izmanto elektronu plūsmu, kas koncentrēta viena stara vai staru kūļa veidā, kuru intensitāte (strāva) un atrašanās vieta telpā tiek kontrolēta un mijiedarbojas ar ierīces stacionārs telpiskais mērķis (ekrāns). Galvenā ELP pielietojuma joma ir optiskās informācijas pārvēršana elektriskos signālos un elektriskā signāla reversā pārvēršana optiskā signālā - piemēram, redzamā televīzijas attēlā.

Katodstaru ierīču klasē neietilpst rentgenstaru lampas, fotoelementi, fotopavairotāji, gāzizlādes ierīces (dekatroni) un uztverošās un pastiprinošās elektronu lampas (staru tetrodi, elektriskie vakuuma indikatori, lampas ar sekundāro emisiju utt.) ar strāvu staru kūļa forma.

Elektronu stara ierīce sastāv no vismaz trim galvenajām daļām:

· Elektroniskais prožektors (lielgabals) veido elektronu kūli (vai staru kūli, piemēram, trīs starus krāsainā attēla lampā) un kontrolē tā intensitāti (strāvu);

· Novirzes sistēma kontrolē staru kūļa telpisko stāvokli (tā novirzi no prožektora ass);

· Uztvērēja ELP mērķis (ekrāns) pārvērš stara enerģiju redzamā attēla gaismas plūsmā; raidošā vai glabājošā ELP mērķis uzkrāj telpiskā potenciāla reljefu, ko nolasa skenējošais elektronu stars

Rīsi. 1 CRT ierīce

Visparīgie principi ierīces.

CRT cilindrā tiek izveidots dziļš vakuums. Lai izveidotu elektronu staru, tiek izmantota ierīce, ko sauc par elektronu lielgabalu. Katods, ko silda kvēldiegs, izstaro elektronus. Mainot spriegumu uz vadības elektroda (modulatora), var mainīt elektronu stara intensitāti un attiecīgi arī attēla spilgtumu. Pēc pistoles atstāšanas elektronus paātrina anods. Tālāk stars iziet caur novirzes sistēmu, kas var mainīt stara virzienu. Televīzijas CRT izmanto magnētiskās novirzes sistēmu, jo tā nodrošina lielus novirzes leņķus. Oscilogrāfiskajos CRT izmanto elektrostatiskās novirzes sistēmu, jo tā nodrošina lielāku veiktspēju. Elektronu stars ietriecas ekrānā, kas pārklāts ar fosforu. Elektronu bombardēts fosfors spīd, un ātri kustīgs mainīga spilgtuma plankums rada attēlu uz ekrāna.

1. 2 Masu spektrometrija

Rīsi. 2

Lorenca spēku izmanto arī instrumentos, ko sauc par masas spektrogrāfiem, kuri ir paredzēti, lai atdalītu lādētas daļiņas atbilstoši to īpašajiem lādiņiem.

Masu spektrometrija(masu spektroskopija, masas spektrogrāfija, masas spektrālā analīze, masas spektrometriskā analīze) - metode vielas izpētei, kuras pamatā ir to jonu masas un lādiņa attiecības noteikšana, kas veidojas, jonizējot interesējošās parauga sastāvdaļas. Viens no spēcīgākajiem vielu kvalitatīvās identificēšanas veidiem, kas ļauj arī kvantitatīvi noteikt. Var teikt, ka masas spektrometrija ir parauga molekulu “svēršana”.

Vienkāršākā masas spektrogrāfa diagramma parādīta 2. attēlā.

1. kamerā, no kuras ir izvadīts gaiss, atrodas jonu avots 3. Kamera ir novietota vienmērīgā magnētiskajā laukā, kura katrā punktā indukcija B⃗ B→ ir perpendikulāra rasējuma plaknei un vērsta pret mums (1. attēlā šis lauks ir apzīmēts ar apļiem). Starp elektrodiem A un B tiek pielikts paātrinājuma spriegums, kura ietekmē no avota izdalītie joni tiek paātrināti un ar noteiktu ātrumu nonāk magnētiskajā laukā perpendikulāri indukcijas līnijām. Pārvietojoties magnētiskajā laukā pa apļveida loku, joni nokrīt uz fotoplates 2, kas ļauj noteikt šī loka rādiusu R. Zinot magnētiskā lauka indukciju B un jonu ātrumu υ, pēc formulas

var noteikt jonu īpašo lādiņu. Un, ja ir zināms jona lādiņš, var aprēķināt tā masu.

Masu spektrometrijas vēsture aizsākās J. J. Tomsona fundamentālajos eksperimentos 20. gadsimta sākumā. Beigas “-metrija” metodes nosaukumā parādījās pēc plaši izplatītās pārejas no lādētu daļiņu noteikšanas, izmantojot fotoplates, uz jonu strāvu elektriskiem mērījumiem.

It īpaši plašs pielietojums masas spektrometrijas atradumi analīzē organisko vielu, jo tas nodrošina pārliecinošu gan salīdzinoši vienkāršu, gan sarežģītu molekulu identifikāciju. Vienīgā lieta vispārīga prasība- lai molekulu varētu jonizēt. Tomēr līdz šim tas ir izgudrots

Ir tik daudz veidu, kā jonizēt parauga komponentus, ka masas spektrometriju var uzskatīt par gandrīz visaptverošu metodi.

1. 3 MHD ģenerators

Magnetohidrodinamiskais ģenerators, MHD ģenerators - elektrostacija, kurā magnētiskajā laukā kustīgā darba šķidruma (šķidras vai gāzveida elektriski vadošas vides) enerģija tiek tieši pārvērsta elektroenerģijā.

MHD ģeneratora, tāpat kā parastā mašīnas ģeneratora, darbības princips ir balstīts uz šo parādību elektromagnētiskā indukcija, tas ir, par strāvas rašanos vadītājā, kas šķērso magnētiskā lauka līnijas. Atšķirībā no mašīnu ģeneratoriem, MHD ģeneratora vadītājs ir pats darba šķidrums.

Darba šķidrums pārvietojas pa magnētisko lauku, un magnētiskā lauka ietekmē rodas pretēji virzītas pretējas zīmes lādiņnesēju plūsmas.

Lorenca spēks iedarbojas uz lādētu daļiņu.

Par MHD ģeneratora darba šķidrumu var kalpot šādi nesēji:

· elektrolīti;

· šķidrie metāli;

· plazma (jonizēta gāze).

Pirmie MHD ģeneratori kā darba šķidrumu izmantoja elektriski vadošus šķidrumus (elektrolītus). Pašlaik tiek izmantota plazma, kurā lādiņu nesēji galvenokārt ir brīvie elektroni un pozitīvie joni. Magnētiskā lauka ietekmē lādiņnesēji novirzās no trajektorijas, pa kuru gāze virzītos, ja lauka nebūtu. Šādā gadījumā spēcīgā magnētiskajā laukā var rasties Hola lauks (skat. Hola efektu) - elektriskais lauks, kas veidojas lādētu daļiņu sadursmju un nobīdes rezultātā magnētiskajam laukam perpendikulārā plaknē.

1. 4 Ciklotrons

Ciklotrons ir nerelativistisku smago lādētu daļiņu (protonu, jonu) rezonanses ciklisks paātrinātājs, kurā daļiņas pārvietojas nemainīgā un vienmērīgā magnētiskajā laukā, un to paātrināšanai tiek izmantots nemainīgas frekvences augstfrekvences elektriskais lauks.

Ciklotrona konstrukcijas diagramma parādīta 3. att. Smagas lādētas daļiņas (protoni, joni) iekļūst kamerā no inžektora, kas atrodas netālu no kameras centra, un tos paātrina mainīgs fiksētas frekvences lauks, kas tiek pielikts paātrinātājiem (tie ir divi, un tos sauc par dees). Daļiņas ar lādiņu Ze un masu m pārvietojas nemainīgā magnētiskajā laukā ar intensitāti B, kas vērsts perpendikulāri daļiņu kustības plaknei, pa attīšanas spirāli. Daļiņas ar ātrumu v trajektorijas rādiusu R nosaka pēc formulas

kur γ = -1/2 ir relativistiskais faktors.

Ciklotrona nerelativistiskajai (γ ≈ 1) daļiņai konstantā un vienmērīgā magnētiskajā laukā orbītas rādiuss ir proporcionāls ātrumam (1) un nerelativistiskās daļiņas rotācijas frekvencei (ciklotrona frekvence nav atkarīga no daļiņu enerģija

E = mv 2 / 2 = (Ze) 2 B 2 R 2 / (2m) (3)

Spraumē starp deem daļiņas tiek paātrinātas ar impulsu elektriskais lauks(dobu metāla dees iekšpusē nav elektriskā lauka). Tā rezultātā palielinās orbītas enerģija un rādiuss. Atkārtojot paātrinājumu ar elektrisko lauku katrā apgriezienā, orbītas enerģija un rādiuss tiek maksimāli palielināti pieņemamām vērtībām. Šajā gadījumā daļiņas iegūst ātrumu v = ZeBR/m un atbilstošo enerģiju:

Spirāles pēdējā pagriezienā tiek ieslēgts novirzošais elektriskais lauks, kas izved staru. Magnētiskā lauka noturība un paātrinājuma lauka frekvence nodrošina nepārtrauktu paātrinājumu. Kamēr dažas daļiņas pārvietojas pa spirāles ārējiem pagriezieniem, citas atrodas ceļa vidū, bet citas tikai sāk kustēties.

Ciklotrona trūkums ir daļiņu būtībā nerelativistiskās enerģijas ierobežojums, jo pat ne pārāk lielas relativistiskās korekcijas (γ novirzes no vienības) izjauc paātrinājuma sinhronismu dažādos pagriezienos un daļiņām ar ievērojami palielinātu enerģiju vairs nav laika nonāk spraugā starp deēm paātrinājumam nepieciešamā elektriskā lauka fāzē . Parastos ciklotronos protonus var paātrināt līdz 20-25 MeV.

Lai paātrinātu smagās daļiņas spirālveida režīmā līdz desmitiem reižu lielākai enerģijai (līdz 1000 MeV), ciklotrona modifikācija, ko sauc par izohrons(relativistiskais) ciklotrons, kā arī fasotrons. Izohronos ciklotronos relativistiskos efektus kompensē magnētiskā lauka radiāls pieaugums.


Secinājums

Slēpts teksts

Rakstisks secinājums (visvienkāršākais visiem pirmās sadaļas apakšpunktiem - darbības principi, definīcijas)

Izmantotās literatūras saraksts

1. Wikipedia [ Elektroniskais resurss]: Lorenca spēks. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Lorentz_Force

2. Wikipedia [Elektroniskais resurss]: Magnetohidrodinamiskais ģenerators. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Magnetohydrodynamic_generator

3. Wikipedia [Elektroniskais resurss]: Elektronu staru ierīces. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Electron-beam_devices

4. Wikipedia [Elektroniskais resurss]: Masu spektrometrija. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Masu spektrometrija

5. Kodolfizika internetā [Elektroniskais resurss]: Cyclotron. URL: http://nuclphys.sinp.msu.ru/experiment/accelerators/ciclotron.htm

6. Elektroniskā mācību grāmata fizika [Elektroniskais resurss]: T. Lorenca spēka pielietojumi // URL: http://www.physbook.ru/index.php/ T. Lorenca spēka pielietojumi

7. Akadēmiķis [Elektroniskais resurss]: Magnetohidrodinamiskais ģenerators // URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/MAGNETOHYDRODYNAMIC

©2015-2019 vietne
Visas tiesības pieder to autoriem. Šī vietne nepretendē uz autorību, bet nodrošina bezmaksas izmantošanu.
Lapas izveides datums: 2017-03-31

Amperu jauda, kas iedarbojas uz vadītāja segmentu, kura garums ir Δ l ar strāvas stiprumu es, kas atrodas magnētiskajā laukā B,

Ampere spēka izteiksmi var uzrakstīt šādi:

Šo spēku sauc Lorenca spēks . Leņķis α šajā izteiksmē ir vienāds ar leņķi starp ātrumu un magnētiskās indukcijas vektors Lorenca spēka virzienu, kas iedarbojas uz pozitīvi lādētu daļiņu, kā arī ampēra spēka virzienu var atrast kreisās rokas likums vai pēc karkasa noteikums. Vektoru relatīvā pozīcija un pozitīvi lādētai daļiņai ir parādīta attēlā. 1.18.1.

Attēls 1.18.1.

Relatīvā pozīcija vektoriem , un Lorenca spēka modulis ir skaitliski vienāds ar paralelograma laukums, veidots uz vektoriem un reizināts ar lādiņu q

Lorenca spēks ir vērsts perpendikulāri vektoriem un

Kad uzlādēta daļiņa pārvietojas magnētiskajā laukā, Lorenca spēks nedarbojas. Tāpēc, daļiņai kustoties, ātruma vektora lielums nemainās.

Ja uzlādēta daļiņa Lorenca spēka ietekmē pārvietojas vienmērīgā magnētiskajā laukā un tās ātrums atrodas vektoram perpendikulārā plaknē, tad daļiņa pārvietosies pa rādiusa apli

Daļiņas apgriezienu periods vienmērīgā magnētiskajā laukā ir vienāds ar

sauca ciklotronu frekvence . Ciklotrona frekvence nav atkarīga no daļiņas ātruma (un līdz ar to arī no kinētiskās enerģijas). Šis apstāklis ​​tiek izmantots ciklotroni – smago daļiņu (protonu, jonu) paātrinātāji. Ciklotrona shematiskā diagramma ir parādīta attēlā. 1.18.3.

Starp spēcīga elektromagnēta poliem ir novietota vakuuma kamera, kurā ir divi elektrodi dobu metāla puscilindru veidā ( dees ). Dees tiek pievienots maiņstrāvas elektriskais spriegums, kuru frekvence ir vienāda ar ciklotrona frekvenci. Uzlādētas daļiņas tiek ievadītas vakuuma kameras centrā. Daļiņas paātrina elektriskais lauks telpā starp deēm. Dees iekšpusē daļiņas Lorenca spēka ietekmē pārvietojas pa puslokiem, kuru rādiuss palielinās, palielinoties daļiņu enerģijai. Katru reizi, kad daļiņa izlido cauri spraugai starp deejām, to paātrina elektriskais lauks. Tādējādi ciklotronā, tāpat kā visos citos paātrinātājos, uzlādētu daļiņu paātrina elektriskais lauks un notur tās trajektorijā magnētiskais lauks. Ciklotroni ļauj paātrināt protonus līdz enerģijām, kas ir aptuveni 20 MeV.

Vienoti magnētiskie lauki tiek izmantoti daudzās ierīcēs un jo īpaši masas spektrometri – ierīces, ar kurām var izmērīt lādētu daļiņu – dažādu atomu jonu vai kodolu – masas. Atdalīšanai izmanto masas spektrometrus izotopi, tas ir, atomu kodoli ar vienādu lādiņu, bet dažādas masas(piem., 20 Ne un 22 Ne). Vienkāršākais masas spektrometrs ir parādīts attēlā. 1.18.4. Joni, kas izplūst no avota S, iziet cauri vairākiem maziem caurumiem, veidojot šauru staru. Tad viņi iekļūst ātruma selektors , kurā iekļūst daļiņas šķērsoja viendabīgus elektriskos un magnētiskos laukus. Starp plakanā kondensatora plāksnēm tiek izveidots elektriskais lauks, spraugā starp elektromagnēta poliem tiek izveidots magnētiskais lauks. Uzlādēto daļiņu sākotnējais ātrums ir vērsts perpendikulāri vektoriem un

Daļiņu, kas pārvietojas krustotos elektriskos un magnētiskos laukos, iedarbojas elektrisks spēks un magnētiskais Lorenca spēks. Atsaucoties uz E = υ Bšie spēki precīzi līdzsvaro viens otru. Ja šis nosacījums ir izpildīts, daļiņa pārvietosies vienmērīgi un taisni un, izlidojot cauri kondensatoram, šķērsos caurumu ekrānā. Dotajām elektrisko un magnētisko lauku vērtībām selektors atlasīs daļiņas, kas pārvietojas ar ātrumu υ = E / B.

Tālāk daļiņas ar vienādu ātruma vērtību nonāk masas spektrometra kamerā, kurā tiek izveidots vienmērīgs magnētiskais lauks Lorenca spēka ietekmē daļiņas pārvietojas kamerā perpendikulāri magnētiskajam laukam. Daļiņu trajektorijas ir rādiusu apļi R = mυ / qB". Trajektoriju rādiusu mērīšana zināmām vērtībām υ un B" attiecības var noteikt q / m. Izotopu gadījumā ( q 1 = q 2) masas spektrometrs ļauj atdalīt daļiņas ar dažādu masu.

Mūsdienu masas spektrometri ļauj izmērīt lādētu daļiņu masas ar precizitāti, kas lielāka par 10–4.

Ja daļiņas ātrumam ir sastāvdaļa gar magnētiskā lauka virzienu, tad šāda daļiņa pārvietosies vienmērīgā magnētiskajā laukā pa spirāli. Šajā gadījumā spirāles rādiuss R ir atkarīgs no komponenta moduļa, kas ir perpendikulārs vektora magnētiskajam laukam υ ┴ un spirāles soļa lpp– no gareniskās komponentes moduļa υ || (1.18.5. att.).

Tādējādi šķiet, ka uzlādētas daļiņas trajektorija vijas ap magnētiskās indukcijas līniju. Šī parādība tiek izmantota tehnoloģijās augstas temperatūras plazmas magnētiskā siltumizolācija, tas ir, pilnībā jonizēta gāze, kuras temperatūra ir aptuveni 10 6 K. Viela šādā stāvoklī tiek iegūta Tokamaka tipa iekārtās, pētot kontrolētās kodoltermiskās reakcijas. Plazma nedrīkst nonākt saskarē ar kameras sienām. Siltumizolācija tiek panākta, izveidojot īpašas konfigurācijas magnētisko lauku. Kā piemērs attēlā. 1.18.6 parāda lādētas daļiņas trajektoriju iekšā magnētiskā "pudele"(vai iesprostots ).

Līdzīga parādība notiek Zemes magnētiskajā laukā, kas ir visu dzīvo būtņu aizsardzība pret lādētu daļiņu plūsmām no kosmosa. Ātri uzlādētas daļiņas no kosmosa (galvenokārt no Saules) tiek “uztvertas” Zemes magnētiskajā laukā un veido t.s. radiācijas jostas (1.18.7. att.), kurā daļiņas, tāpat kā magnētiskajos slazdos, virzās uz priekšu un atpakaļ pa spirālveida trajektorijām starp ziemeļu un dienvidu magnētisko polu sekundes daļu kārtībā. Tikai polārajos reģionos dažas daļiņas iebrūk atmosfēras augšējos slāņos, izraisot polārblāzmas. Zemes radiācijas jostas stiepjas no aptuveni 500 km attāluma līdz desmitiem Zemes rādiusu. Jāatceras, ka Zemes dienvidu magnētiskais pols atrodas netālu no ziemeļu ģeogrāfiskā pola (Grenlandes ziemeļrietumos). Zemes magnētisma būtība vēl nav pētīta.

Kontroles jautājumi

1.Aprakstiet Oersted un Ampere eksperimentus.

2. Kas ir magnētiskā lauka avots?

3. Kāda ir Ampera hipotēze, kas izskaidro pastāvīgā magnēta magnētiskā lauka esamību?

4.Kāda ir būtiska atšķirība starp magnētisko lauku un elektrisko lauku?

5. Formulējiet magnētiskās indukcijas vektora definīciju.

6. Kāpēc magnētisko lauku sauc par virpuli?

7. Formulējiet likumus:

A) ampērs;

B) Bio-Savart-Laplace.

8. Kāpēc modulis ir vienāds līdzstrāvas lauka magnētiskās indukcijas vektors?

9. Norādiet strāvas mērvienības (ampēru) definīciju Starptautiskajā mērvienību sistēmā.

10. Pierakstiet formulu, kas izsaka daudzumu:

A) magnētiskās indukcijas vektora modulis;

B) ampērspēki;

B) Lorenca spēki;

D) daļiņas griešanās periods vienmērīgā magnētiskajā laukā;

D) apļa izliekuma rādiuss, kad lādēta daļiņa pārvietojas magnētiskajā laukā;

Paškontroles tests

          Kas tika novērots Orsteda eksperimentā?

1) Divu paralēlu vadītāju mijiedarbība ar strāvu.

2) Divu magnētisko adatu mijiedarbība

3) Pagrieziet magnētisko adatu pie vadītāja, kad caur to tiek izlaista strāva.

4) rašanās elektriskā strāva spolē, kad tajā tiek iespiests magnēts.

          Kā mijiedarbojas divi paralēli vadītāji, ja tie vada strāvu vienā virzienā?

    Piesaista;

    Viņi atgrūž;

    Spēku spēks un moments ir nulle.

    Spēks ir nulle, bet spēka moments nav nulle.

          Kāda formula nosaka ampēra spēka moduļa izteiksmi?

          Kāda formula nosaka Lorenca spēka moduļa izteiksmi?

B)

IN)

G)

    0,6 N; 2) 1 N; 3) 1,4 N; 4) 2,4 N.

1) 0,5 T; 2) 1 T; 3) 2 T; 4) 0,8 T .

          Elektrons ar ātrumu V lido magnētiskajā laukā ar indukcijas moduli B, kas ir perpendikulārs magnētiskajām līnijām. Kāda izteiksme atbilst elektrona orbītas rādiusam?

Atbilde: 1)
2)

4)

8. Kā mainīsies uzlādētas daļiņas apgriezienu periods ciklotronā, ja tās ātrums tiek dubultots? (V<< c).

1) Palielināt 2 reizes; 2) Palielināt 2 reizes;

3) Palielināt 16 reizes; 4) Nemainīsies.

9. Kāda formula nosaka magnētiskā lauka indukcijas moduli, kas izveidots apļveida strāvas centrā ar apļa rādiusu R?

1)
2)
3)
4)

10. Strāvas stiprums spolē ir vienāds ar es. Kura formula nosaka magnētiskā lauka indukcijas moduli garuma spoles vidū l ar apgriezienu skaitu N?

1)
2)
3)
4)

Laboratorijas darbs Nr.

Zemes magnētiskā lauka indukcijas horizontālās komponentes noteikšana.

Īsa teorija laboratorijas darbam.

Magnētiskais lauks ir materiāla vide, kas pārraida tā saukto magnētisko mijiedarbību. Magnētiskais lauks ir viena no elektromagnētiskā lauka izpausmes formām.

Magnētiskā lauka avoti ir kustīgi elektriskie lādiņi, strāvu nesošie vadītāji un mainīgie elektriskie lauki. Savukārt magnētiskais lauks, ko rada kustīgi lādiņi (strāvas), iedarbojas tikai uz kustīgiem lādiņiem (strāvām), bet neietekmē stacionāros lādiņus.

Magnētiskā lauka galvenā īpašība ir magnētiskās indukcijas vektors :

Magnētiskās indukcijas vektora lielums ir skaitliski vienāds ar maksimālo spēku, kas no magnētiskā lauka iedarbojas uz vienības garuma vadītāju, caur kuru plūst vienības stipruma strāva. Vektors veido labās puses trīskāršu ar spēka vektoru un strāvas virzienu. Tādējādi magnētiskā indukcija ir spēks, kas raksturīgs magnētiskajam laukam.

Magnētiskās indukcijas SI vienība ir Tesla (T).

Magnētiskā lauka līnijas ir iedomātas līnijas, kuru katrā punktā pieskares sakrīt ar magnētiskās indukcijas vektora virzienu. Magnētiskās spēka līnijas vienmēr ir slēgtas un nekad nekrustojas.

Ampera likums nosaka magnētiskā lauka spēka iedarbību uz strāvu nesošo vadītāju.

Ja magnētiskajā laukā ar indukciju tiek novietots strāvu nesošais vadītājs, tad katrs strāvu virzīts elements uz vadītāju iedarbojas ampērspēks, ko nosaka attiecība

.

Ampēra spēka virziens sakrīt ar vektora reizinājuma virzienu
, tie. tas ir perpendikulārs plaknei, kurā atrodas vektori Un (1. att.).

Rīsi. 1. Noteikt ampēra spēka virzienu

Ja perpendikulāri , tad ampēra spēka virzienu var noteikt pēc kreisās rokas likuma: četrus izstieptus pirkstus virzīt pa straumi, plaukstu novietot perpendikulāri spēka līnijām, tad īkšķis parādīs ampēra spēka virzienu. Ampera likums ir magnētiskās indukcijas definīcijas pamatā, t.i. sakarība (1) izriet no formulas (2), kas uzrakstīta skalārā formā.

Lorenca spēks ir spēks, ar kādu elektromagnētiskais lauks iedarbojas uz lādētu daļiņu, kas pārvietojas šajā laukā. Lorenca spēka formulu pirmo reizi ieguva G. Lorencs pieredzes vispārināšanas rezultātā, un tai ir šāda forma:

.

Kur
– spēks, kas iedarbojas uz lādētu daļiņu elektriskā laukā ar intensitāti ;
spēks, kas iedarbojas uz lādētu daļiņu magnētiskajā laukā.

Lorenca spēka magnētiskās sastāvdaļas formulu var iegūt no Ampera likuma, ņemot vērā, ka strāva ir sakārtota elektrisko lādiņu kustība. Ja magnētiskais lauks neiedarbotos uz kustīgiem lādiņiem, tam nebūtu ietekmes uz vadītāju, kas nes strāvu. Lorenca spēka magnētisko komponentu nosaka izteiksme:

.

Šis spēks ir vērsts perpendikulāri plaknei, kurā atrodas ātruma vektori un magnētiskā lauka indukcija ; tā virziens sakrīt ar vektora reizinājuma virzienu
Priekš q > 0 un ar virzienu
Priekš q>0 (2. att.).

Rīsi. 2. Noteikt Lorenca spēka magnētiskās komponentes virzienu

Ja vektors perpendikulāri vektoram , tad Lorenca spēka magnētiskā komponenta virzienu pozitīvi lādētām daļiņām var atrast, izmantojot kreisās puses likumu, un negatīvi lādētām daļiņām, izmantojot noteikumu labā roka. Tā kā Lorenca spēka magnētiskā sastāvdaļa vienmēr ir vērsta perpendikulāri ātrumam , tad tas neveic nekādu darbu, lai daļiņu pārvietotu. Tas var mainīt tikai ātruma virzienu , saliekt daļiņas trajektoriju, t.i. darbojas kā centripetāls spēks.

Biota-Savarta-Laplasa likumu izmanto, lai aprēķinātu magnētiskos laukus (definīcijas ), ko rada vadītāji, kas nes strāvu.

Saskaņā ar Biota-Savarta-Laplasa likumu katrs uz strāvu virzīts vadītāja elements rada punktā attālumā no šī elementa magnētiskais lauks, kura indukciju nosaka attiecība:

.

Kur
H/m – magnētiskā konstante; µ – vides magnētiskā caurlaidība.

Rīsi. 3. Ceļā uz Biota-Savarta-Laplasa likumu

Virziens
sakrīt ar vektora reizinājuma virzienu
, t.i.
perpendikulāri plaknei, kurā atrodas vektori Un . Vienlaicīgi
ir pieskares spēka līnijai, kuras virzienu var noteikt ar karkasa likumu: ja karkasa gala translācijas kustība ir vērsta pa strāvu, tad roktura griešanās virziens noteiks roktura virzienu. magnētiskā lauka līnija (3. att.).

Lai atrastu visa vadītāja radīto magnētisko lauku, jums jāpiemēro lauka superpozīcijas princips:

.

Piemēram, aprēķināsim magnētisko indukciju apļveida strāvas centrā (4. att.).

Rīsi. 4. Ceļā uz lauka aprēķinu apļveida strāvas centrā

Apļveida strāvai
Un
, tāpēc relācijai (5) skalārā formā ir šāda forma:

Kopējais strāvas likums (magnētiskās indukcijas cirkulācijas teorēma) ir vēl viens likums magnētisko lauku aprēķināšanai.

Kopējam strāvas likumam magnētiskajam laukam vakuumā ir šāda forma:

.

Kur B l projekcija uz vienu vadītāja elementu , kas vērsta pa straumi.

Magnētiskās indukcijas vektora cirkulācija pa jebkuru slēgtu ķēdi ir vienāda ar magnētiskās konstantes un strāvu algebriskās summas reizinājumu, ko aptver šī ķēde.

Ostrogradska-Gausa teorēma magnētiskajam laukam ir šāda:

.

Kur B n vektora projekcija uz normālu uz vietni dS.

Magnētiskās indukcijas vektora plūsma caur patvaļīgu slēgtu virsmu ir nulle.

Magnētiskā lauka būtība izriet no formulām (9), (10).

Nosacījums elektriskā lauka potenciālam ir tāds, ka intensitātes vektora cirkulācija ir vienāda ar nulli
.

Potenciālu elektrisko lauku ģenerē stacionāri elektriskie lādiņi; Lauka līnijas nav slēgtas, tās sākas ar pozitīviem lādiņiem un beidzas ar negatīviem.

No formulas (9) redzam, ka magnētiskajā laukā magnētiskās indukcijas vektora cirkulācija atšķiras no nulles, tāpēc magnētiskais lauks nav potenciāls.

No (10) sakarības izriet, ka magnētiskie lādiņi, kas spēj radīt potenciālus magnētiskos laukus, nepastāv. (Elektrostatikā līdzīga teorēma kūp formā
.

Magnētiskās spēka līnijas noslēdzas pašas uz sevi. Šādu lauku sauc par virpuļlauku. Tādējādi magnētiskais lauks ir virpuļlauks. Lauka līniju virzienu nosaka karkasa noteikums. Taisnā, bezgala garā vadītājā, kas nes strāvu, spēka līnijām ir koncentrisku apļu forma, kas ieskauj vadītāju (3. att.).

Līdzās ampēra spēkam, Kulona mijiedarbībai un elektromagnētiskajiem laukiem fizikā bieži sastopams Lorenca spēka jēdziens. Šī parādība ir viena no fundamentālajām parādībām elektrotehnikā un elektronikā, kā arī citos. Tas ietekmē lādiņus, kas pārvietojas magnētiskajā laukā. Šajā rakstā mēs īsi un skaidri pārbaudīsim, kas ir Lorenca spēks un kur tas tiek piemērots.

Definīcija

Kad elektroni pārvietojas pa vadītāju, ap to parādās magnētiskais lauks. Tajā pašā laikā, ja jūs novietojat vadītāju šķērsvirziena magnētiskajā laukā un pārvietojat to, radīsies elektromagnētiskās indukcijas emf. Ja strāva plūst caur vadītāju, kas atrodas magnētiskajā laukā, uz to iedarbojas ampērspēks.

Tās vērtība ir atkarīga no plūstošās strāvas, vadītāja garuma, magnētiskās indukcijas vektora lieluma un leņķa sinusa starp magnētiskā lauka līnijām un vadītāju. To aprēķina, izmantojot formulu:

Aplūkojamais spēks daļēji ir līdzīgs iepriekš apskatītajam, taču tas iedarbojas nevis uz vadītāju, bet gan uz kustīgu lādētu daļiņu magnētiskajā laukā. Formula izskatās šādi:

Svarīgs! Lorenca spēks (Fl) iedarbojas uz elektronu, kas pārvietojas magnētiskajā laukā, un uz vadītāju - ampēru.

No abām formulām ir skaidrs, ka gan pirmajā, gan otrajā gadījumā, jo tuvāk leņķa alfa sinuss ir 90 grādiem, jo ​​lielāka ir attiecīgi Fa vai Fl ietekme uz vadītāju vai lādiņu.

Tātad Lorenca spēks raksturo nevis ātruma izmaiņas, bet gan magnētiskā lauka ietekmi uz lādētu elektronu vai pozitīvo jonu. Iedarbojoties ar tiem, Fl nedara nekādu darbu. Attiecīgi mainās lādētās daļiņas ātruma virziens, nevis tā lielums.

Attiecībā uz Lorenca spēka mērvienību, tāpat kā citu fizikas spēku gadījumā, tiek izmantots tāds lielums kā Ņūtons. Tās sastāvdaļas:

Kā tiek virzīts Lorenca spēks?

Lai noteiktu Lorenca spēka virzienu, tāpat kā ar ampēra spēku, darbojas kreisās puses noteikums. Tas nozīmē, ka, lai saprastu, kur Fl vērtība ir vērsta, ir jāatver kreisās rokas plauksta, lai magnētiskās indukcijas līnijas iekļūtu rokā, un izstieptie četri pirksti norāda ātruma vektora virzienu. Tad īkšķis, kas saliekts taisnā leņķī pret plaukstu, norāda Lorenca spēka virzienu. Zemāk esošajā attēlā varat redzēt, kā noteikt virzienu.

Uzmanību! Lorenca darbības virziens ir perpendikulārs daļiņas kustībai un magnētiskās indukcijas līnijām.

Šajā gadījumā, precīzāk sakot, pozitīvi un negatīvi lādētām daļiņām ir nozīme četru atlocītu pirkstu virzienam. Iepriekš aprakstītais kreisās puses noteikums ir formulēts pozitīvai daļiņai. Ja tas ir negatīvi uzlādēts, tad magnētiskās indukcijas līnijām jābūt vērstām nevis uz atvērto plaukstu, bet gan uz tās aizmuguri, un vektora Fl virziens būs pretējs.

Tagad mēs pastāstīsim vienkāršos vārdos, ko šī parādība mums sniedz un kāda ir tā reāla ietekme uz maksām. Pieņemsim, ka elektrons pārvietojas plaknē, kas ir perpendikulāra magnētiskās indukcijas līniju virzienam. Mēs jau minējām, ka Fl neietekmē ātrumu, bet tikai maina daļiņu kustības virzienu. Tad Lorenca spēkam būs centripetāls efekts. Tas ir atspoguļots attēlā zemāk.

Pieteikums

No visām jomām, kur tiek izmantots Lorenca spēks, viena no lielākajām ir daļiņu kustība zemes magnētiskajā laukā. Ja mēs uzskatām mūsu planētu par lielu magnētu, tad daļiņas, kas atrodas netālu no ziemeļiem magnētiskie stabi, veiciet paātrinātu kustību spirālē. Rezultātā tie saduras ar atomiem no augšējie slāņi atmosfēru, un mēs redzam ziemeļblāzmu.

Tomēr ir arī citi gadījumi, kad šī parādība attiecas. Piemēram:

  • Katodstaru lampas. Savās elektromagnētiskās novirzes sistēmās. CRT ir izmantoti vairāk nekā 50 gadus pēc kārtas dažādās ierīcēs, sākot no vienkāršākā osciloskopa līdz televizoriem dažādas formas un izmēriem. Interesanti, ka, runājot par krāsu reproducēšanu un darbu ar grafiku, daži joprojām izmanto CRT monitorus.
  • Elektriskās mašīnas – ģeneratori un motori. Lai gan šeit, visticamāk, darbosies Ampere spēks. Bet šos daudzumus var uzskatīt par blakus. Tomēr tās ir sarežģītas ierīces, kuru darbības laikā tiek novērota daudzu fizikālu parādību ietekme.
  • Lādētu daļiņu paātrinātājos, lai noteiktu to orbītas un virzienus.

Secinājums

Ļaujiet mums vienkāršā valodā apkopot un izklāstīt četrus galvenos šī raksta punktus:

  1. Lorenca spēks iedarbojas uz lādētām daļiņām, kas pārvietojas magnētiskajā laukā. Tas izriet no pamatformulas.
  2. Tas ir tieši proporcionāls uzlādētās daļiņas ātrumam un magnētiskajai indukcijai.
  3. Neietekmē daļiņu ātrumu.
  4. Ietekmē daļiņas virzienu.

Tā loma “elektriskajās” jomās ir diezgan liela. Speciālists nedrīkst aizmirst pamata teorētisko informāciju par fizikālajiem pamatlikumiem. Šīs zināšanas noderēs, kā arī tiem, kas nodarbojas zinātniskais darbs, dizains un tikai vispārējai attīstībai.

Tagad jūs zināt, kas ir Lorenca spēks, ar ko tas ir vienāds un kā tas iedarbojas uz lādētām daļiņām. Ja jums ir kādi jautājumi, uzdodiet tos komentāros zem raksta!

Materiāli

Tehnoloģijās ļoti plaši izmanto magnētiskā lauka ietekmi uz kustīgām lādētām daļiņām.

Piemēram, elektronu stara novirze televīzijas lampās tiek veikta, izmantojot magnētisko lauku, ko rada īpašas spoles. Vairākas elektroniskās ierīces izmanto magnētisko lauku, lai fokusētu uzlādētu daļiņu starus.

Pašlaik radītajās eksperimentālajās instalācijās kontrolētas kodoltermiskās reakcijas veikšanai tiek izmantota magnētiskā lauka iedarbība uz plazmu, lai to savērptu auklā, kas nepieskaras darba kameras sienām. Lādētu daļiņu apļveida kustība vienmērīgā magnētiskajā laukā un šādas kustības perioda neatkarība no daļiņu ātruma tiek izmantota uzlādētu daļiņu cikliskajos paātrinātājos - ciklotroni.

Lorenca spēku izmanto arī ierīcēs, ko sauc masas spektrogrāfi, kas ir paredzēti, lai atdalītu lādētas daļiņas atbilstoši to īpašajiem lādiņiem.

Vienkāršākā masas spektrogrāfa diagramma parādīta 1. attēlā.

1. kamerā, no kuras ir izsūknēts gaiss, atrodas jonu avots 3. Kamera ir novietota vienmērīgā magnētiskajā laukā, kura katrā punktā indukcija \(~\vec B\) ir perpendikulāra zīmējumu un vērsts pret mums (1. attēlā šis lauks ir apzīmēts ar apļiem) . Starp elektrodiem A un B tiek pielikts paātrinājuma spriegums, kura ietekmē no avota izdalītie joni tiek paātrināti un ar noteiktu ātrumu nonāk magnētiskajā laukā perpendikulāri indukcijas līnijām. Pārvietojoties magnētiskajā laukā pa apļveida loku, joni nokrīt uz fotoplates 2, kas ļauj noteikt rādiusu Ršī loka. Zināt magnētiskā lauka indukciju IN un ātrumu υ joni, saskaņā ar formulu

\(~\frac q m = \frac (v)(RB)\)

var noteikt jonu īpašo lādiņu. Un, ja ir zināms jona lādiņš, var aprēķināt tā masu.

Literatūra

Aksenovičs L. A. Fizika in vidusskola: Teorija. Uzdevumi. Pārbaudījumi: Mācību grāmata. pabalsts vispārējās izglītības iestādēm. vide, izglītība / L. A. Aksenoviča, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - 328. lpp.

IZGLĪTĪBAS UN ZINĀTNES MINISTRIJA

KRIEVIJAS FEDERĀCIJA

FEDERĀLĀS VALSTS BUDŽETA AUGSTĀKĀS PROFESIONĀLĀS IZGLĪTĪBAS IESTĀDE

"KURGĀNAS VALSTS UNIVERSITĀTE"

KOPSAVILKUMS

Priekšmetā "Fizika" Tēma: "Lorenca spēka pielietošana"

Pabeidza: T-10915 grupas audzēknis Logunova M.V.

Skolotājs Voroncovs B.S.

Kurgāna 2016

Ievads 3

1. Lorenca spēka izmantošana 4

1.1. Elektronu staru ierīces 4

1.2. Masas spektrometrija 5

1,3 MHD ģenerators 7

1.4 Ciklotrons 8

10. secinājums

Atsauces 11

Ievads

Lorenca spēks- spēks, ar kādu elektromagnētiskais lauks saskaņā ar klasisko (nekvantu) elektrodinamiku iedarbojas uz punktveida lādētu daļiņu. Dažreiz Lorenca spēku sauc par spēku, kas iedarbojas uz kustīgu objektu ar ātrumu υ maksas q tikai no magnētiskā lauka puses, bieži ar pilnu spēku - no elektromagnētiskā lauka puses kopumā, citiem vārdiem sakot, no elektriskās puses E immagnētisks B lauki.

Starptautiskajā mērvienību sistēmā (SI) to izsaka šādi:

F L = qυ B grēks α

Tas ir nosaukts holandiešu fiziķa Hendrika Lorenca vārdā, kurš 1892. gadā radīja šī spēka izteiksmi. Trīs gadus pirms Lorenca pareizo izteiksmi atrada O. Heaviside.

Lorenca spēka makroskopiskā izpausme ir ampēra spēks.

    Izmantojot Lorenca spēku

Tehnoloģijās ļoti plaši izmanto magnētiskā lauka ietekmi uz kustīgām lādētām daļiņām.

Lorenca spēka (precīzāk, tā īpašais gadījums - Ampere spēks) galvenais pielietojums ir elektriskās mašīnas (elektromotori un ģeneratori). Lorenca spēku plaši izmanto elektroniskās ierīcēs, lai ietekmētu lādētas daļiņas (elektronus un dažreiz jonus), piemēram, televīzijā. katodstaru lampas, V masas spektrometrija Un MHD ģeneratori.

Tāpat šobrīd izveidotajās eksperimentālajās instalācijās kontrolētas kodoltermiskās reakcijas veikšanai tiek izmantota magnētiskā lauka iedarbība uz plazmu, lai to savērptu auklā, kas neskar darba kameras sienas. Lādētu daļiņu apļveida kustība vienmērīgā magnētiskajā laukā un šādas kustības perioda neatkarība no daļiņu ātruma tiek izmantota uzlādētu daļiņu cikliskajos paātrinātājos - ciklotroni.

    1. Elektronu staru ierīces

Elektronu staru ierīces (EBD) ir vakuuma elektronisko ierīču klase, kas izmanto elektronu plūsmu, kas koncentrēta viena stara vai staru kūļa veidā, kuru intensitāte (strāva) un atrašanās vieta telpā tiek kontrolēta un mijiedarbojas ar ierīces stacionārs telpiskais mērķis (ekrāns). Galvenā ELP pielietojuma joma ir optiskās informācijas pārvēršana elektriskos signālos un elektriskā signāla reversā pārvēršana optiskā signālā - piemēram, redzamā televīzijas attēlā.

Katodstaru ierīču klasē neietilpst rentgenstaru lampas, fotoelementi, fotopavairotāji, gāzizlādes ierīces (dekatroni) un uztverošās un pastiprinošās elektronu lampas (staru tetrodi, elektriskie vakuuma indikatori, lampas ar sekundāro emisiju utt.) ar strāvu staru kūļa forma.

Elektronu stara ierīce sastāv no vismaz trim galvenajām daļām:

    Elektroniskais prožektors (lielgabals) veido elektronu kūli (vai staru kūli, piemēram, trīs starus krāsainā attēla lampā) un kontrolē tā intensitāti (strāvu);

    Novirzes sistēma kontrolē staru kūļa telpisko stāvokli (tā novirzi no prožektora ass);

    Uztvērēja ELP mērķis (ekrāns) pārvērš stara enerģiju redzamā attēla gaismas plūsmā; raidošā vai glabājošā ELP mērķis uzkrāj telpiskā potenciāla reljefu, ko nolasa skenējošais elektronu stars

Rīsi. 1 CRT ierīce

Ierīces vispārīgie principi.

CRT cilindrā tiek izveidots dziļš vakuums. Lai izveidotu elektronu staru, tiek izmantota ierīce, ko sauc par elektronu lielgabalu. Katods, ko silda kvēldiegs, izstaro elektronus. Mainot spriegumu uz vadības elektroda (modulatora), var mainīt elektronu stara intensitāti un attiecīgi arī attēla spilgtumu. Pēc pistoles atstāšanas elektronus paātrina anods. Tālāk stars iziet caur novirzes sistēmu, kas var mainīt stara virzienu. Televīzijas CRT izmanto magnētiskās novirzes sistēmu, jo tā nodrošina lielus novirzes leņķus. Oscilogrāfiskajos CRT izmanto elektrostatiskās novirzes sistēmu, jo tā nodrošina lielāku veiktspēju. Elektronu stars ietriecas ekrānā, kas pārklāts ar fosforu. Elektronu bombardēts fosfors spīd, un ātri kustīgs mainīga spilgtuma plankums rada attēlu uz ekrāna.

    2 Masu spektrometrija

Rīsi. 2

Lorenca spēku izmanto arī instrumentos, ko sauc par masas spektrogrāfiem, kuri ir paredzēti, lai atdalītu lādētas daļiņas atbilstoši to īpašajiem lādiņiem.

Masu spektrometrija(masu spektroskopija, masas spektrogrāfija, masas spektrālā analīze, masas spektrometriskā analīze) - metode vielas izpētei, kuras pamatā ir to jonu masas un lādiņa attiecības noteikšana, kas veidojas interesējošā parauga komponentu jonizācijas laikā. Viens no spēcīgākajiem vielu kvalitatīvās identificēšanas veidiem, kas ļauj arī kvantitatīvi noteikt. Var teikt, ka masas spektrometrija ir parauga molekulu “svēršana”.

Vienkāršākā masas spektrogrāfa diagramma parādīta 2. attēlā.

1. kamerā, no kuras izsūknēts gaiss, atrodas jonu avots 3. Kamera ir novietota vienmērīgā magnētiskajā laukā, kura katrā punktā indukcija B⃗B→ ir perpendikulāra zīmējuma plaknei un vērsta pret mums (1. attēlā šis lauks ir apzīmēts ar apļiem). Starp elektrodiem A un B tiek pielikts paātrinājuma spriegums, kura ietekmē no avota izdalītie joni tiek paātrināti un ar noteiktu ātrumu nonāk magnētiskajā laukā perpendikulāri indukcijas līnijām. Pārvietojoties magnētiskajā laukā pa apļveida loku, joni nokrīt uz fotoplates 2, kas ļauj noteikt šī loka rādiusu R. Zinot magnētiskā lauka indukciju B un jonu ātrumu υ, pēc formulas

(1)

var noteikt jonu īpašo lādiņu. Un, ja ir zināms jona lādiņš, var aprēķināt tā masu.

Masu spektrometrijas vēsture aizsākās J. J. Tomsona fundamentālajos eksperimentos 20. gadsimta sākumā. Beigas “-metrija” metodes nosaukumā parādījās pēc plaši izplatītās pārejas no lādētu daļiņu noteikšanas, izmantojot fotoplates, uz jonu strāvu elektriskiem mērījumiem.

Masu spektrometriju īpaši plaši izmanto organisko vielu analīzē, jo tā nodrošina pārliecinošu gan salīdzinoši vienkāršu, gan sarežģītu molekulu identifikāciju. Vienīgā vispārējā prasība ir, lai molekula būtu jonizējama. Tomēr līdz šim tas ir izgudrots

Ir tik daudz veidu, kā jonizēt parauga komponentus, ka masas spektrometriju var uzskatīt par gandrīz visaptverošu metodi.

    3 MHD ģenerators

Magnetohidrodinamiskais ģenerators, MHD ģenerators ir spēkstacija, kurā magnētiskajā laukā kustīgā darba šķidruma (šķidra vai gāzveida elektriski vadoša vide) enerģija tiek tieši pārveidota elektroenerģijā.

MHD ģeneratora, tāpat kā parastā mašīnas ģeneratora, darbības princips ir balstīts uz elektromagnētiskās indukcijas fenomenu, tas ir, uz strāvas rašanos vadītājā, kas šķērso magnētiskā lauka līnijas. Atšķirībā no mašīnu ģeneratoriem, MHD ģeneratora vadītājs ir pats darba šķidrums.

Darba šķidrums pārvietojas pa magnētisko lauku, un magnētiskā lauka ietekmē rodas pretēji virzītas pretējas zīmes lādiņnesēju plūsmas.

Lorenca spēks iedarbojas uz lādētu daļiņu.

Par MHD ģeneratora darba šķidrumu var kalpot šādi nesēji:

Pirmie MHD ģeneratori kā darba šķidrumu izmantoja elektriski vadošus šķidrumus (elektrolītus). Pašlaik tiek izmantota plazma, kurā lādiņu nesēji galvenokārt ir brīvie elektroni un pozitīvie joni. Magnētiskā lauka ietekmē lādiņnesēji novirzās no trajektorijas, pa kuru gāze virzītos, ja lauka nebūtu. Šādā gadījumā spēcīgā magnētiskajā laukā var rasties Hola lauks (skat. Hola efektu) - elektriskais lauks, kas veidojas lādētu daļiņu sadursmju un nobīdes rezultātā magnētiskajam laukam perpendikulārā plaknē.

    4 Ciklotrons

Ciklotrons ir nerelativistisku smago lādētu daļiņu (protonu, jonu) rezonanses ciklisks paātrinātājs, kurā daļiņas pārvietojas nemainīgā un vienmērīgā magnētiskajā laukā, un to paātrināšanai tiek izmantots nemainīgas frekvences augstfrekvences elektriskais lauks.

Ciklotrona konstrukcijas diagramma parādīta 3. att. Smagas lādētas daļiņas (protoni, joni) iekļūst kamerā no inžektora, kas atrodas netālu no kameras centra, un tos paātrina mainīgs fiksētas frekvences lauks, kas tiek pielikts paātrinātājiem (tie ir divi, un tos sauc par dees). Daļiņas ar lādiņu Ze un masu m pārvietojas nemainīgā magnētiskajā laukā ar intensitāti B, kas vērsts perpendikulāri daļiņu kustības plaknei, pa attīšanas spirāli. Daļiņas ar ātrumu v trajektorijas rādiusu R nosaka pēc formulas

5. att. Ciklotrona diagramma: skats no augšas un sāniem: 1 -smagi lādētu daļiņu (protonu, jonu) avots, 2 - paātrinātas daļiņas orbīta, 3 -paātrinošie elektrodi (dees), 4 - paātrinājuma lauka ģenerators, 5 - elektromagnēts. Bultiņas parāda magnētiskā lauka līnijas). Tie ir perpendikulāri augšējās figūras plaknei

kur γ = -1/2 ir relativistiskais faktors.

Ciklotrona nerelativistiskajai (γ ≈ 1) daļiņai konstantā un vienmērīgā magnētiskajā laukā orbītas rādiuss ir proporcionāls ātrumam (1) un nerelativistiskās daļiņas rotācijas frekvencei (ciklotrona frekvence nav atkarīga no daļiņu enerģija

(2)

E = mv 2 / 2 = (Ze) 2 B 2 R 2 / (2m) (3)

Spraumē starp lāpstiņām daļiņas paātrina pulsējošais elektriskais lauks (dobu metāla deju iekšpusē elektriskā lauka nav). Tā rezultātā palielinās orbītas enerģija un rādiuss. Atkārtojot paātrinājumu ar elektrisko lauku katrā apgriezienā, orbītas enerģija un rādiuss tiek noregulēti līdz maksimālajām pieļaujamajām vērtībām. Šajā gadījumā daļiņas iegūst ātrumu v = ZeBR/m un atbilstošo enerģiju:

Spirāles pēdējā pagriezienā tiek ieslēgts novirzošais elektriskais lauks, kas izved staru. Magnētiskā lauka noturība un paātrinājuma lauka frekvence nodrošina nepārtrauktu paātrinājumu. Kamēr dažas daļiņas pārvietojas pa spirāles ārējiem pagriezieniem, citas atrodas ceļa vidū, bet citas tikai sāk kustēties.

Ciklotrona trūkums ir daļiņu būtībā nerelativistiskās enerģijas ierobežojums, jo pat ne pārāk lielas relativistiskās korekcijas (γ novirzes no vienības) izjauc paātrinājuma sinhronismu dažādos pagriezienos un daļiņām ar ievērojami palielinātu enerģiju vairs nav laika nonāk spraugā starp deēm paātrinājumam nepieciešamā elektriskā lauka fāzē . Parastos ciklotronos protonus var paātrināt līdz 20-25 MeV.

Lai paātrinātu smagās daļiņas spirālveida režīmā līdz desmitiem reižu lielākai enerģijai (līdz 1000 MeV), ciklotrona modifikācija, ko sauc par izohrons(relativistiskais) ciklotrons, kā arī fasotrons. Izohronos ciklotronos relativistiskos efektus kompensē magnētiskā lauka radiāls pieaugums.

Secinājums

Slēpts teksts

Rakstisks secinājums (visvienkāršākais visiem pirmās sadaļas apakšpunktiem - darbības principi, definīcijas)

Izmantotās literatūras saraksts

    Wikipedia [Elektroniskais resurss]: Lorenca spēks. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Lorentz_Force

    Wikipedia [Elektroniskais resurss]: Magnetohidrodinamiskais ģenerators. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Magnetohydrodynamic_generator

    Wikipedia [Elektroniskais resurss]: Elektronu staru ierīces. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Electron-beam_devices

    Wikipedia [Elektroniskais resurss]: Masu spektrometrija. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Masu spektrometrija

    Kodolfizika internetā [Elektroniskais resurss]: Cyclotron. URL: http://nuclphys.sinp.msu.ru/experiment/accelerators/ciclotron.htm

    Elektroniskā fizikas mācību grāmata [Elektroniskais resurss]: T. Lorenca spēka pielietojumi //URL: http://www.physbook.ru/index.php/ T. Lorenca spēka pielietojumi

    Akadēmiķis [Elektroniskais resurss]: Magnetohidrodinamiskais ģenerators //URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/MAGNETOHYDRODYNAMIC