Retning av ladede partikler. Bevegelse av ladede partikler i elektriske, magnetiske og andre kraftfelt

La en partikkel med masse m og ladning e fly med hastighet v inn i det elektriske feltet til en flat kondensator. Lengden på kondensatoren er x, feltstyrken er lik E. Ved å skifte oppover i det elektriske feltet vil elektronet fly gjennom kondensatoren langs en buet bane og fly ut av den, og avvike fra den opprinnelige retningen med y. Under påvirkning av feltkraften, F = eE = ma, beveger partikkelen seg akselerert vertikalt, derfor . Tidspunktet for bevegelse av en partikkel langs x-aksen med konstant hastighet. Deretter . Og dette er ligningen til en parabel. At. en ladet partikkel beveger seg i et elektrisk felt langs en parabel.

3. Bevegelse av ladede partikler i et magnetfelt.

La oss vurdere bevegelsen til en ladet partikkel i et magnetisk felt med styrke N. Feltlinjene er avbildet med prikker og er rettet vinkelrett på tegningens plan (mot oss).

En ladet partikkel i bevegelse er elektrisitet. Derfor avleder magnetfeltet partikkelen oppover fra dens opprinnelige bevegelsesretning (elektronets bevegelsesretning er motsatt av strømmens retning)

I følge Amperes formel er kraften som avleder en partikkel i en hvilken som helst del av banen lik , strøm, der t er tiden ladningen e passerer langs seksjonen l. Derfor . Med tanke på det får vi

Kraften F kalles Lorentz-kraften. Retningene F, v og H er innbyrdes vinkelrette. Retningen til F kan bestemmes av venstrehåndsregelen.

Ved å være vinkelrett på hastigheten endrer Lorentz-kraften bare retningen til partikkelens hastighet, uten å endre størrelsen på denne hastigheten. Det følger at:

1. Arbeidet utført av Lorentz-styrken er null, dvs. et konstant magnetisk felt virker ikke på en ladet partikkel som beveger seg i den (endres ikke kinetisk energi partikler).

La oss huske det, i motsetning til magnetfelt det elektriske feltet endrer energien og hastigheten til en partikkel i bevegelse.

2. Banen til en partikkel er en sirkel som partikkelen holdes på av Lorentz-kraften, som spiller rollen som en sentripetalkraft.

Vi bestemmer radius r til denne sirkelen ved å likestille Lorentz- og sentripetalkreftene:

Hvor .

At. Radiusen til sirkelen som partikkelen beveger seg langs er proporsjonal med hastigheten til partikkelen og omvendt proporsjonal med magnetfeltstyrken.

Omdreiningsperioden til en partikkel T er lik forholdet mellom omkretsen S og partikkelhastigheten v: . Tar vi hensyn til uttrykket for r, får vi . Følgelig avhenger ikke omdreiningsperioden til en partikkel i et magnetfelt av hastigheten.

Hvis det dannes et magnetfelt i rommet der en ladet partikkel beveger seg, rettet i en vinkel til dens hastighet, vil den videre bevegelsen til partikkelen være den geometriske summen av to samtidige bevegelser: rotasjon i en sirkel med en hastighet i en plan vinkelrett på kraftlinjene, og bevegelse langs feltet med en hastighet . Det er klart at den resulterende banen til partikkelen vil være en spirallinje.

4. Elektromagnetiske blodhastighetsmålere.

Driftsprinsippet til en elektromagnetisk måler er basert på bevegelse elektriske ladninger i et magnetfelt. Det er en betydelig mengde elektriske ladninger i blodet i form av ioner.

La oss anta at et visst antall enkeltladede ioner beveger seg inne i arterien med en hastighet på . Hvis en arterie plasseres mellom polene til en magnet, vil ionene bevege seg i magnetfeltet.

For retninger og B vist i fig. 1 er den magnetiske kraften som virker på positivt ladede ioner rettet oppover, og kraften som virker på negativt ladede ioner er rettet nedover. Under påvirkning av disse kreftene beveger ionene seg til de motsatte veggene i arterien. Denne polariseringen av arterielle ioner skaper et felt E (fig. 2) ekvivalent homogent felt flat kondensator. Da er potensialforskjellen i en arterie U med diameter d relatert til E med formelen. Dette elektriske feltet, som virker på ionene, skaper elektriske krefter og hvis retning er motsatt av retningen og, som vist i fig. 2.

I eksperimenter for å studere strukturen til kjerner og mekanismene for kjernefysiske reaksjoner, er det nesten alltid nødvendig ikke bare å måle energien til partikler, men også å identifisere dem. Når energien og massen til bombarderende partikler øker, øker antallet åpningsreaksjonskanaler, og følgelig øker settet med dannede kjerner. Problemet med pålitelig identifikasjon av reaksjonsprodukter er spesielt akutt i tungionefysikk. La oss se på ulike partikkelidentifikasjonsmetoder.

Identifikasjon basert på målinger av spesifikt energitap og total energi (ΔE-E-metoden)

Denne metoden er den viktigste når man studerer reaksjoner med lette ioner (1 H, 2 H, 3 H, 3 He, 4 He). Den bruker et detektorteleskop som består av en tynn transmisjonsdetektor ΔE og en total energiabsorpsjonsdetektor E. (Tynne silisiumdetektorer, samt ioniseringskamre og proporsjonale tellere brukes som en ΔE detektor; silisiumdetektorer eller ultrarene detektorer brukes som en total absorpsjonsdetektor germanium HpGe) Energitap i ΔE-detektoren

hvor k er en koeffisient uavhengig av massetallet A og ladningen Z til partikkelen. AZ 2 kalles identifikasjonsparameteren. Størrelsen på ΔE-kanalsignalet er proporsjonal med kAZ 2 /E, E-kanalen - E - kAZ 2 /E. På ΔE -E-planet vises fordelingen av en familie av hyperbler, som hver tilsvarer en partikkel (nuklid) med et visst massetall og ladning (se fig. 1). Tykkelsen på transmisjonsdetektoren bestemmer nedre og øvre grenser for det målte energiområdet for en gitt nuklid. Hvis energien er lav, vil partikkelen etterlate nesten all energien i overføringsdetektoren, og signalet fra totalabsorpsjonsdetektoren vil være lite og "drukne" i støy. Hvis energien er høy, er det motsatt. I de eksperimentelle ΔE -E-fordelingene er hyperbelene uskarpe. I fig. Figur 2 viser omtrent hvordan projeksjonene på ΔE-aksen til energitverrsnittet i E-kanalen ser ut. Bredden på fordelingene bestemmes ikke bare av støyen fra detektorer og elektronikk, men også av andre faktorer, inkludert følgende:

Statistiske svingninger av tap i tynne detektorer.
Inhomogenitet av tykkelsen på ΔE-detektoren, noe som fører til spredning av energitap i den og i E-detektoren.
Spredning av rekkevidder og energitap i døde lag av detektorer.
Svingninger i ladningsstørrelse. Den gjennomsnittlige ladningen til et ion Zeff når det passerer gjennom en ΔE-detektor faller sammen med atomnummeret Z til bare de letteste ionene. Når Z øker og/eller energien avtar, øker forskjellen mellom Z og Zeff. For tunge ioner kan påvirkningen av denne effekten på oppløsningen være merkbart større enn påvirkningen av statistiske svingninger i tap.

Jo tyngre ionene er, jo mer begrenser disse faktorene egenskapene til ΔE -E-metoden. Relativ endring i identifikasjonsparameteren for to naboisotoper til et gitt 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 øker, kan det oppstå en situasjon der nøytronrike isotoper av grunnstoffet Z og nøytronmangelfulle isotoper av grunnstoffet Z+1 vil ha lignende identifikasjonsparametere.
Alle disse faktorene begrenser anvendeligheten til ΔE -E-metoden for ioner med massetall A større enn ~20. Z-oppløsningen er dobbelt så god som A-oppløsningen.

I fig. 3. Viser et eksempel på elektronikkblokkdiagram for partikkelidentifikasjon ved bruk av ΔE-E-metoden.

ΔE- og E-kanaler er identiske. Et bipolart signal fjernes fra en av utgangene til den spektrometriske forsterkeren, som mates til en enkeltkanals tidsanalysator. Det tjener til å fremheve ønsket amplitude (energi) område og for å oppnå et tidsstempel. I dette tilfellet oppnås den ved å bruke den bipolare signalnullreferansemetoden. Signaler fra tidsstyrte enkanalsanalysatorer mates til en tilfeldighetskrets som styrer de lineære portene. Dermed sender lineære porter bare signaler som er i energiområdet av interesse og samsvarer innenfor oppløsningstiden. Signaler fra de lineære portene går inn i ADC og deretter inn i det todimensjonale analysesystemet. Nå kan vi velge områder av det todimensjonale spekteret som tilsvarer visse partikler og projisere dette området på E-aksen, og dermed oppnå amplitude (energi) spektra for individuelle partikler. I spektrene oppnådd på denne måten er forholdet mellom energien til partikkelen E og kanalnummeret n ikke-lineært, siden ikke all energien E er registrert i E-kanalen, men bare den som gjenstår etter å ha passert gjennom Δ E- detektor og n er proporsjonal med denne energien,

n = k.

(3)

Å korrigere tap i ΔE-detektoren er enkelt å gjøre ved å bruke tabeller over spesifikke tap.
For å øke rekkevidden av energier og registrerte partikler, for eksempel, hvis det er ønskelig å samtidig registrere spektra på 1 H, 2 H, 3 H, 3 He, 4 He i et bredt energiområde, kan du bruke et teleskop som består av tre detektorer, tynn ΔE 1, tykkere ΔE 2 og E Deretter, for lav energi og/eller tyngre partikler, vil ΔE 1-detektoren tjene som en transmisjonsdetektor, og fullstendig absorpsjon vil skje i ΔE + E-detektorene. eller lettere partikler, vil ΔE 1 + ΔE tjene som en transmisjonsdetektor 2, og fullstendig absorpsjon vil skje i detektor E.

Identifikasjon basert på energi- og flytidsmålinger (E-t-metoden)

Time-of-flight-metoden er grunnleggende for å måle nøytronenergifordelinger. Detektoren brukes i dette tilfellet til kun å få informasjon om tidspunktet når nøytronet treffer den. Ved ladede partikler er det heller ingen problemer med å få energiinformasjon fra detektoren. For ikke-relativistiske partikler er flytiden relatert til den kinetiske energien ved relasjonen

(4)

der t f er flukttiden i nanosekunder, d er fluktgrunnlaget i meter, A er massetallet til partikkelen i atommasseenheter, E er den kinetiske energien til partikkelen i MeV. Ved samtidig å måle energi og flyvetid er det mulig å identifisere partikler etter masse ved å måle todimensjonale energi-tid for flyfordelinger. Ioner som har lignende masse, men forskjellige ladninger, vil naturligvis ikke være forskjellige.
Masseoppløsningen til E-t-metoden ved bruk av en halvlederdetektor er nesten fullstendig bestemt av tidsoppløsningen

Med en gaussisk fordeling og ΔA = 0,59 a.m.u. 95 % av partiklene vil bli oppdaget i riktig masseområde. I tabellen Figur 1 viser masseoppløsningene beregnet ved hjelp av formel (6) for ulike energier og massetall for en installasjon med et spenn på 1 m og en tidsoppløsning på 1 ns.

Tabell 1. Masseoppløsning for partikler med ulike energier og masser.

Massenummer, a.e.m.	Energi, MeV
Massenummer, a.e.m.	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 blokkskjema over elektronikken som kan brukes for identifikasjon ved bruk av E-t metoden.

Detektorpulsene mates inn i en ladningsfølsom forforsterker. Fra den ladningsfølsomme forforsterkeren sendes signaler til både de raske og spektrometriske forsterkerne. De raske forsterkersignalene blir matet til en rask diskriminator, som tjener til timing. Standard tidsstyringssignaler fra den hurtige diskriminatoren sendes til startinngangen til VAK a. Stoppinngangen mottar signaler fra en annen rask diskriminator, som genererer tidssignaler ved bruk av periodiske strålemodulasjoner (for eksempel en RF-syklotron). VAK-pulser, hvis amplitude er proporsjonal med flytiden, går inn i ADC. En annen ADC mottar signaler fra den spektrometriske forsterkeren, hvis amplitude er proporsjonal med energien. ADC-signalene går inn i det todimensjonale analysesystemet, som i Δ E-E-metoden.
Oppløsningen i tid og følgelig i masse kan forbedres sammenlignet med det betraktede alternativet hvis, i stedet for HF, brukes en tynn film plassert i banen til partikkelen for timing. Når partikler passerer gjennom denne filmen, vil sekundære elektroner slås ut av den og registreres av mikrokanalplaten. Signaler fra mikrokanalplaten mates til en ladningsfølsom forforsterker. Fra forforsterker - til rask forsterker + rask diskriminator. I dette tilfellet leveres tidssignalene til mikrokanalplaten til startinngangen til VAK, og fra partikkeldetektoren til stoppinngangen.
Kombinasjonen av E-t og Δ E-E metoder gjør det mulig å gå videre i separasjonen av nuklider med Z til ~28, og med A til ~60.

Identifikasjon ved hjelp av magnetisk analyse

Fra ligningen for magnetisk analyse

der A er massetallet til ionet, q er ladningen, E er ionets kinetiske energi, B er magnetfeltstyrken, R er krumningsradiusen til ionet i et magnetfelt, følger det at ved å fiksere B og R i et magnetisk spektrometer og samtidig måling av den kinetiske energien E, er det mulig å bestemme forholdet mellom massetallet og kvadratet av ioneladningen, dvs. foreta identifikasjon.
Ulempen med et slikt system er dets lave effektivitet. Partikler fra et veldig smalt energiområde kommer inn i detektoren. For å registrere hele spekteret, er det nødvendig å endre magnetfeltstyrken gjentatte ganger. Denne ulempen kan delvis overvinnes ved å plassere posisjonsfølsomme detektorer i fokalplanet. En annen ulempe er at isotoper med lignende A/q 2-verdier, for eksempel isobarer av naboelementer som er i samme ladningstilstand, ikke separeres.
Denne ulempen kan overvinnes ved å kombinere magnetisk analyse med ΔE-E-metoden. Degenerasjonen i isobarer med identiske ioniske tilstander fjernes her, pga verdien av spesifikk ionisering avhenger ikke av ionladningen, men av den gjennomsnittlige ladningen til ionet Z eff.

Kombinere identifikasjonsmetoder

For pålitelig identifikasjon av nuklider i et bredt spekter av massetall A og atomnummer Z, er det laget installasjoner som bruker alle tre identifikasjonsmetodene. La oss skrive identifikasjonsligningene i følgende form

Bruke Bragg-kurven for å identifisere partikler

Kurven for spesifikke ioniseringsenergitap versus avstand (Bragg-kurven) er et "telefonkort" for en ladet partikkel. På begynnelsen av 1980-tallet ble det foreslått å brukes til partikkelidentifikasjon. For å implementere denne ideen ble det opprettet passende ioniseringskamre.
Målinger av Bragg-kurven i et gassformig medium gjør det mulig å oppnå følgende egenskaper for partikkelen: dens energi E, rekkevidde R, spesifikke tap dE/dx og amplituden til Bragg-toppen A BP (spesifikke tap ved maksimum av Bragg-kurve). Det er to måter å identifisere partikler basert på Bragg-kurvemålinger. I den første er partikkelbanen vinkelrett på elektrodene til ioniseringskammeret, i den andre er den parallell.

Partikkelidentifikasjon ved hjelp av et ioniseringskammer med elektroder vinkelrett på partikkelbanen
Bragg Curve Spectroscopy (BCS)

Ris. 9. Skjemaer av ioniseringskammeret og BCS-metoden.

I fig. Figur 9 viser et diagram av et ioniseringskammer med elektroder vinkelrett på partikkelbanen. Avstanden mellom katoden og Frisch-gitteret er større enn det maksimale området av identifiserbare partikler, avstanden mellom Frisch-gitteret og anoden er mindre enn minimumsområdet for identifiserbare partikler. De påviste partiklene kommer inn i et kammer fylt med gass gjennom et tynt inngangsvindu. ( Inngangsvinduet er en tynn plastfilm plassert så nær katoden som mulig. Katoden er i dette tilfellet et rutenett. Katoden eller en del av den kan være laget av en metallisert film, så vil den samtidig tjene som inngangsvindu.) En ladet partikkel forårsaker ionisering av gassen. Elektrontetthetsfordelingen langs partikkelsporet tilsvarer Bragg-kurven. Elektronene som følge av ionisering beveger seg med konstant hastighet i et jevnt elektrisk felt mot Frisch-nettet. ( Ensartetheten til det elektriske feltet sikres av de dannende elektrodene, spenningen som tilføres fra en spenningsdeler.) Frisch-nettet skjermer anoden mot ladninger som er plassert mellom den og katoden. ( For å hindre elektronsamling på Frisch-nettet, må det elektriske feltet mellom gitteret og anoden være større enn det mellom katoden og gitteret.) Ladningen som samles ved anoden bestemmes altså kun av elektronene som beveger seg mellom Frisch-nettet og anoden. Dette betyr at formen på strømsignalet ved anoden er et speilbilde av Bragg-kurven. Både analog og digital signalbehandling brukes til å trekke ut nyttig informasjon som finnes i det gjeldende signalet fra anoden.

Ved analog prosessering føres signalet fra anoden til en ladningsfølsom forforsterker. Fra forforsterkeren mates signalet til to forsterkere. En av dem har en stor tidskonstant (~6-8 μs) slik at hele signalet er integrert og amplituden til utgangssignalet er proporsjonal med partikkelenergien. Den andre forsterkeren har en merkbart mindre tidskonstant, omtrent lik flyvetiden for elektroner fra Bragg-toppen mellom Frisch-nettet og anoden (~0,1-0,5 μs), dens amplitude er proporsjonal med amplituden til strømsignalet A BP og følgelig ioneladningen. Ioner med forskjellige energier, men med samme ladninger, opplever omtrent de samme spesifikke tapene i regionen til Bragg-toppen. I fig. Figur 10 viser E-A BP-fordelingen. Område A BP = const bestemmes av avstanden mellom Frisch-gitteret og anoden og følgelig den tilhørende tidskonstanten til forsterkerens formingskretser. Når ionets rekkevidde er mindre enn denne avstanden, er hele signalet integrert i begge forsterkerne og identifisering blir umulig.

Digital signalbehandling bruker raske parallelle ADC-er, som gjør det mulig å registrere signalformen og utføre identifikasjon ikke bare med Z, men også med massetallet A, i det minste for lette elementer. Dette kan for eksempel gjøres ved å bruke standardsignaler oppnådd for ulike isotoper og sammenligne formen på det målte signalet med standardsignalene (se fig. 11).

/ Ladede partikler. Gammel gresk myte eller moderne virkelighet?

LADEDE Partikler.
GRESK MYTE ELLER MODERNE VIRKELIGHET?

De fleste moderne vitenskapelige teorier er i en eller annen grad assosiert, eller har vært i lang tid og fast assosiert, med ideer om eksistensen av ladede partikler. Disse ideene er så godt etablert i hodet til den vitenskapelige verden at det ikke er et eneste begrunnet og evidensbasert forsøk i verdenspressen på å tolke og forstå årsakene til fremveksten av interaksjonskrefter på avstand fra noen annen posisjon. Det er ganske mange uttalelser på Internett og i privat presse angående tvil om eksistensen av elektroner, men ingen andre versjoner er foreslått for å forklare fremveksten av interaksjonskrefter.

Til nå er et av de mest brukte og pålitelige verktøyene for å forstå mikroverdenen Wilson-kammeret, oppfunnet for nesten hundre år siden. Basert på observasjoner av prosessene som skjer både i dette kammeret og i andre lignende installasjoner, er hovedkonklusjonene blitt trukket om strukturen til mikroverdenen, om energiene, massene og hastighetene til mikropartikler, og en teori om strukturen til atomer er blitt trukket. opprettet.

Denne artikkelen foreslår å se på prosessene som skjer i kamre for å observere ladede partikler fra et litt annet perspektiv, og å skape noen forutsetninger for en delvis nytenkning av våre etablerte syn på strukturen til mikroverdenen.

FYSISK KARAKTER AV SPORDANNING I KAMRE FOR OBSERVASJON AV LADEDE Partikler

Vi vil ta en kort beskrivelse av de fysiske prosessene for dannelsen av synlige spor som skjer i et skykammer fra beskrivelsen i en lærebok for videregående skole. Denne korte og fullstendig forståelige tolkningen av dannelsen av spor er innebygd i vår bevissthet i ung alder, og i fremtiden kommer ikke den vitenskapelige pressen tilbake til den.

"Et skykammer er et hermetisk forseglet kar fylt med vann eller alkoholdamp nær metning. Når stempelet senkes kraftig, forårsaket av en reduksjon i trykket under stempelet, ekspanderer gassen i kammeret adiabatisk. Som et resultat oppstår avkjøling og dampen blir overmettet. Hvis en partikkel kommer inn i kammeret like før eller like etter ekspansjon, vil ionene den produserer fungere som kondensasjonskjerner. Vanndråpene som dukker opp på dem danner et spor av det flygende partikkelsporet. Deretter går kammeret tilbake til sin opprinnelige tilstand og et spesielt "rensefelt" fjerner ionene."

Dette utrolig enkle og tilgjengelige bildet for den generelle leseren av dannelsen av spor fra ladede partikkelioner vises for oss alle.

Da slike synspunkter på dannelsen av spor ble dannet, visste vitenskapen fortsatt ingenting om strukturen til atomer og kvantitative estimater av partiklene inkludert i disse atomene. I dag antas det at størrelsen på atomkjerner og størrelsen på selve atomene og elektronene er kjent ganske nøyaktig. Med disse dimensjonene i betraktning, vil vi prøve å vurdere riktigheten av våre vurderinger om de foreslåtte betingelsene for utseendet til spor.

Størrelsen på atomkjernene er estimert til 10 -12 cm, den gjennomsnittlige størrelsen på selve atomene er omtrent 10 -8 cm. Den tilsynelatende diameteren på sporet er omtrent en millimeter, det vil si 10 -1 cm av selve kjernen med de tverrgående dimensjonene til sporet, er det lett å se at forholdet mellom disse mengdene er elleve desimaler.

Teorien om strukturen til atomet sier at energisonen til kjernen, som en ladet partikkel, ikke kan overstige atomets størrelse, siden atomet er en elektrisk nøytral formasjon. Hvis denne tilstanden anses som sann, blir to punkter i prosessen med spordannelse helt uforståelige:

For det første, hvordan kan en flygende partikkel danne ioner fra vannmolekyler i så stor avstand fra seg selv?

For det andre, hvilken fysisk prosess skjer under dannelsen av ioner?

La oss anta at en partikkel som flyr med svært høy hastighet (omtrent 0,15 av lysets hastighet) er kjernen til et uranatom. Urankjernen har en strengt definert positiv ladning, og bør mest sannsynlig danne et like strengt definert antall ladede ioner. Det kan antas, i det første tilfellet, at en positivt ladet partikkel slår ut ett elektron fra et vannmolekyl, som enten skal slutte seg til partikkelen eller fly bort et sted. Hvis en partikkel fanger opp et elektron, kan den danne like mange vannioner som ladningen, det vil si 238. Men i ethvert spor er det titalls og hundrevis av milliarder av vannmolekyler, med de mest konservative beregningene. Det viser seg at energikraften til en ladet partikkel for å produsere ioner er praktisk talt ubegrenset? Hvis dannelsen av ioner av en flygende partikkel skjer i henhold til noen andre fysiske lover, må dette svært viktige poenget forklares.

Den minste negativt ladede partikkelen, elektronet, ble også oppdaget i skykammeret. Hvordan et elektron kan lage et ion fra minst ett vannmolekyl er av enda større interesse. Hvis et elektron introduseres i et vannmolekyl, vil kun ett negativt ladet ion oppnås. Men dette elektronet etterlot seg også et stort antall ioner etter flyturen.

Ikke mindre interessant er den foreslåtte prosessen med kondensering av vanndamp, som utføres av nye ioner. I henhold til hvilke fysiske lover forårsaker en ladet partikkel kondensering av vanndamp?

Inntil nå, i studiet av transformasjonen av vann fra en aggregeringstilstand til en annen, har bare innflytelsen av varmefaktorer på vanndamp blitt foreslått. Disse faktorene har vært kjent i mange hundre år, og de sier at hvis vanndamp oppløst i luften blir tvunget til å falle ned i tåke, så må dette luftvolumet avkjøles, noe som gjøres i kammeret når stempelet er skarpt. senkes. Men stempelet skal bare senkes til det punktet hvor temperaturfallet i kammeret ikke skal nå duggpunktet, men være nær dette punktet. Ellers vil den nedfallne tåken ikke tillate at sporene som kommer opp, kan observeres. Konsentrasjonen av vannmolekyler til små dråper skjer allerede, men disse dråpene forstyrrer ennå ikke gjennomsiktigheten til kammeret.

Ytterligere kondensering av vanndamp under påvirkning av nye ioner, som presentert i beskrivelsen av dannelsen av spor, er en helt uforståelig og uberettiget teknisk prosess. I henhold til gjeldende lover i klassisk fysikk, for å oppnå dannelse av tåke i sporområdet, er ytterligere avkjøling av blandingen av luft og vanndamp i dette området nødvendig. Men hva kan denne kulden bringe her? Selve partikkelen, som flyr med en så enorm hastighet, kan i prinsippet ikke avkjøle sporområdet, både på grunn av den ubetydelige tiden for interaksjon med noen av vannmolekylene, og fordi dens temperatur bare kan være mye høyere enn temperaturen til selve kammeret. Siden atomreaksjoner alltid finner sted med stor frigjøring av varme, må partikkelen som sendes ut fra dette mediet ha en mye høyere temperatur i forhold til temperaturen i kammeret.

Kondenseringen av vanndamp av utkommende ioner i sporsonen kan ikke forklares med slike primitive og uprøvde antakelser. Hvis slike fysiske prosesser virkelig kan skje i naturen, må de bekreftes av andre eksperimenter og mer dyptgående bevis. Så finnes det slike bevis?

Det er umulig å forklare sporenes opprinnelse med en slik overfladisk, langt fra vitenskapelig, argumentasjon enten ved dannelse av ioner eller ved kondensering av vanndamp på de dannede ionene.

Men det er også en tredje, kanskje den viktigste faktoren i dannelsen av spor, dette er den nye gløden til selve sporene. Hvorfor begynner vanndamp i sporområdet å avgi lys?

La oss anta at ioner likevel dannes og begynner å gløde. Men i dette tilfellet er det nødvendig å rettferdiggjøre hvorfor ioner bare sender ut lys i kamre for å observere ladede partikler. Mange fysiske og kjemiske prosesser forklares av utseendet til ladede formasjoner, men ingen steder er det bemerket at disse formasjonene gløder. Og i denne saken er det ingen dokumenterte bevis.

Resultatet av de ovennevnte betraktningene kan betraktes som det faktum at det er umulig å være fornøyd med noen av de foreslåtte forklaringene for utseendet til spor i kamre for observasjon av ladede partikler. Alle de foreslåtte begrunnelsene for de nye sporene dukket opp i hodet til forskere fordi sporene begynner å samhandle med magnetiske og elektriske felt, og vår moderne menneskelige tenkning fungerer bare i én retning: letingen etter ladede partikler, ladninger og ladede formasjoner begynner. Det er mulig å utvikle andre ideer om prosessene som skjer i forskjellige kamre for å observere partikler bare hvis vi noe kan endre våre etablerte meninger om verden rundt oss.

Utseendet til spor kan underbygges mye lettere ved å gjøre en essensiell antakelse: under atomreaksjoner sender radioaktive medikamenter ut til det omkringliggende rommet bare stråling med forskjellige frekvenser og styrker som er tilgjengelige for observasjon. Vi kan ikke snakke om utkastede ladede partikler ennå. Det er klart at en slik antagelse kan virke for primitiv, og likevel vil vi prøve å vurdere prosessene med spordannelse fra denne posisjonen.

Senkingen av stempelet i skykammeret resulterer i en tilstand nær tåke, men kondensering av små dråper vann eller alkohol forekommer allerede. Smal rettet frekvensstråling fra et radioaktivt medikament eksiterer de resulterende fine kondensatdråpene med en frekvens som er synlig for øyet, og det er grunnen til at et lysende spor observeres. Nøyaktig på de samme naturlige prinsippene oppstår gløden til forskjellige fosforforbindelser, fosfor, når hvitt lys treffer overflatene til disse kroppene og får dem til å sende ut lysstrømmer med synlige frekvenser. I disse tilfellene fungerer en universell lov, loven om å konvertere noen typer energi til andre typer. For å begeistre energi av en viss frekvens i en fysisk kropp, må frekvensspekteret til kroppen inneholde denne frekvensen.

Reagensene i alle kamre begynner å avgi lys når strålingsfrekvensen er lik eller et multiplum av reagenseksitasjonsfrekvensen. Når frekvensene for stråling og eksitasjon av materielle legemer er like, skjer den største absorpsjonen av strålingsenergi. Dette er resonansinteraksjoner mellom energiutgiveren og forbrukeren.

Radioaktive stoffer sender ikke bare ut de frekvensene som kan observeres i disse kamrene. Strålingsfrekvenser som ikke er i stand til å eksitere noen kammerreagenser (vanndamp, alkohol, etc.) ved synlige frekvenser er også vanlige frekvensstrålinger, men kalles fortsatt partikkelflukter kalt "nøytrinoer".

Radioaktiv stråling har en generelt negativ effekt på alle levende organismer, akkurat som røntgen og ultrafiolett stråling. Men alt dette er frekvensstråling, uten flukt av partikler i høye hastigheter. Partikler tjener bare som et elastisk medium der bølgefrekvensenergi overføres. Akkurat som når man overfører lydenergi fra ett punkt i rommet til et annet, er en masse luftpartikler bare et mellomledd, slik når man overfører andre frekvensenergier, sørger et visst elastisk medium fra noen andre partikler for bevegelsen av disse energiene.

Oppfinnelsen av den moderne modellen av strukturen til atomet skjedde da prosesser i mikrokosmos ble studert ikke bare ved hjelp av kameraer for å observere mikropartikler, men også ved hjelp av andre enheter. Så Rutherford, ved hjelp av en enhet han oppfant, studerte oppførselen til positivt ladede alfapartikler ved lysscintillasjoner på en skjerm ved hjelp av et mikroskop. Det foreslås også å være spesielt oppmerksom på disse forsøkene og konklusjonene fra dem.

PLANETARISK MODELL AV ATOMET

Oppfinnelsen av den planetariske modellen av atomet er en av de viktigste oppdagelsene i teoretisk fysikk i det tjuende århundre. Hele teoretiske vitenskaper, spesielt kvantemekanikk, er basert på den antatte handlingen til denne modellen. Derfor er det interessant å se på prosessene som skjer i Rutherfords enhet fra litt forskjellige, mer kritiske posisjoner.

I den samme fysikklæreboken heter det om Rutherfords eksperimenter: «En stråle av alfapartikler sendt ut av et radioaktivt medikament ble frigjort av en membran og deretter falt på en tynn folie laget av materialet som ble studert (gull, kobber, etc.) ." Denne ganske smale listen over studert materiale tilbys oss, uten å indikere hva som menes med notatet "osv." I dette tilfellet er dette ganske viktig, siden det i samme lærebok, men i en annen seksjon, sies: "Alfastråler har minst gjennomtrengende kraft. Et lag papir på omtrent 0,1 mm er allerede ugjennomsiktig for dem.»

I eksperimenter med en tynn gullplate som en barriere for passasje av alfapartikler av Rutherford, ble det trukket konklusjoner om den planetariske modellen for atomers struktur. Dessuten ble disse konklusjonene gjort for alle elementene i det periodiske systemet uten unntak. Det er umulig å innrømme at han ikke kunne ha visst om at disse strålene nesten ikke kunne passere gjennom et tynt lag papir.

Alle de kjemiske elementene i papir har nøyaktig samme planetariske struktur som gull, men de kan ikke passere raskt flygende partikler gjennom seg selv. Hvordan kan man forklare en slik hjelpeløshet av alfastråler når man overvinner vanlig papir?

La oss anta at alfastråler faktisk er alfapartikler, som Rutherford til og med kalte alfaprosjektiler. Disse partiklene beveger seg ganske fritt over en tynn gullplate med sjeldne avvik fra den rette banen.

Fysikere er godt klar over at den største hindringen for gjennomgang av all stråling er bly, et metall som er svært nær gull i Mendelejevs periodiske tabell over grunnstoffer. Atomvekten til gull er 196, og den til bly er 207, serienummeret til gull er 79, det for bly er 82. Basert på disse indikatorene kan vi trygt anta at hvis, i stedet for en gullplate, en blyplate av nøyaktig samme dimensjoner plasseres i Rutherfords enhet, så skal alfapartikler passere gjennom blyet med nøyaktig samme ytelse som gjennom gull. Så hvorfor ikke nå gjenta eksperimentene på alfapartikler som overvinner plater laget av bly, og til slutt bevise den planetariske strukturen til atomer? Hvis bly ikke lar disse antatte partiklene passere gjennom seg selv, som papir, så er disse ikke partikler i det hele tatt, og spørsmålet om strukturen til atomer vil være helt åpent.

Selve metoden for fremveksten av en verdensoppdagelse er overraskende, da en forsker, som bare jobbet med ett materiale, klarte å fengsle hele den vitenskapelige verden med sine konklusjoner, og utvide disse konklusjonene til alle andre kjemiske elementer, og derfor materialer. Tross alt jobbet Rutherford bare med gull. Eksperimenter med kobber og noen andre materialer ble utført mye senere. Hvorfor ble ikke eksperimenter for å overvinne gull med alfapartikler utført med mange andre grunnstoffer og materialer, spesielt papir og bly?

La oss anta at atomverdenen faktisk ligner på strukturen til solsystemet, men da må lysfotoner trenge gjennom de enorme rommene mellom kjerner og elektroner uten noen hindringer, det vil si være transparente for lys! Men dette er et paradoks.

Med tanke på muligheten for at alfapartikler passerer gjennom ulike medier, er det av interesse om disse partiklene kan trenge gjennom glass. Tross alt kan det vise seg at glass vil oppføre seg på samme måte som papir.

Som et resultat av resonnementet ovenfor kan vi ganske enkelt komme til den konklusjon at det ikke er alfapartikler som flyr i høye hastigheter, men bare bølgealfastråling med en viss frekvens. Disse strålingene overvinner noen stoffer ganske fritt av samme grunner som lysstråler overvinner mange materielle medier (glass, vann, diamanter).

Glass er laget av komponenter som er ugjennomsiktige for lys, men så snart disse komponentene er kombinert til glass ved hjelp av en viss teknologi, trenger lyset fritt gjennom denne barrieren. Fra et teknisk synspunkt kan dette fenomenet forklares med det faktum at de dannede molekylene i glassmassen fikk forskjellige spektrale egenskaper i forhold til de originale komponentene. Frekvensen av lys er lik eller et multiplum av hotil glasset, og det er grunnen til at lysbølger overvinner denne solide barrieren ganske fritt. Men uansett hvor nøye de optiske materialene behandles, reflekteres alltid ubetydelige lysstrømmer fra overflaten av glasset og brytes i noen vinkler. Alfastråler oppfører seg på nøyaktig samme måte når de overvinner hindringer laget av gull, kobber og noen andre stoffer eller materialer.

Kjære lesere, hvis argumentene som er foreslått ovenfor får deg til å tenke og tvile på riktigheten av våre moderne ideer om strukturen til mikroverdenen, så er dette den mest direkte veien til å revurdere noen av grunnlaget for moderne vitenskap. Først av alt er det nødvendig å forstå hvorfor, når de analyserer årsakene til sporets utseende, når de analyserer årsakene til at stråling overvinner visse materialer, tok forskere i forrige århundre slike ganske uberettigede beslutninger. Hovedårsaken til slike fysisk uberettigede beslutninger kan bare betraktes som det faktum at vår menneskelige bevissthet er under makten til myten om eksistensen av ladede partikler. De gamle grekerne ga oss en enkel idé for å forstå fremveksten av interaksjonskrefter på avstand mellom elektrifiserte kropper, og vitenskapen har utnyttet denne ideen i omtrent tre hundre år uten noe ønske om å finne opp noe som ligner mer på sannheten. Kanskje vår generasjon trenger å huske oftere at de gamle grekerne var de mest oppfinnsomme skaperne av et stort antall forskjellige myter, men vi tror ikke helt på dem.

I løpet av de siste århundrene av utviklingen har teorien om ladede partikler fått en enorm matematisk bagasje. Med hver tildeling av flere og flere nye kvaliteter til elektronet alene, vokser det matematiske apparatet designet for å rettferdiggjøre disse egenskapene umåtelig. Et elektron flyr fra en kropp til en annen, roterer rundt sin egen akse og rundt kjernen, er både en partikkel og en bølge, men ingen har ennå forklart i de mest generelle termer hvorfor denne unike partikkelen frastøter sin egen type og tiltrekkes til positivt ladede partikler.

Fra vitenskapens utviklingshistorie er det klart at menneskelig tenkning søker å forklare mange uforståelige fysiske fenomener i utgangspunktet ved hjelp av noen materielle partikler. Prosessene med varmeoverføring og forbrenningsprosesser har blitt forklart i mange år av handlingene til forskjellige partikler, så kanskje tiden er inne for å se på prosessene for interaksjon av kropper på avstand fra et helt annet perspektiv?

ELEKTRISK OG MAGNETISK SAMSPILL

Elektriske interaksjoner mellom kropper tilskrives eksistensen av ladede partikler i naturlige elementer, som har en hittil uforklarlig evne til å tiltrekke seg og frastøte hverandre. Årsakene til magnetiske interaksjoner forklares av tilstedeværelsen av de samme elektronene i legemer. Rotasjonen av et elektron rundt sin egen akse gjør denne partikkelen, universell i sine evner, til en elementær magnetisk dipol, men her er det også uklart hvordan disse dipolene påvirker hverandre. Slike teoretiske resonnementer kan gjøre krav på virkeligheten til eksistens bare når de fysiske årsakene til interaksjonene mellom ladede partikler er underbygget. Foreløpig er dette en ganske svak vitenskapelig hypotese.

La oss vurdere noen fysiske fenomener knyttet til produksjon av såkalt statisk elektrisitet, som tilbys i lærebøker for ungdomsskoler. Den enkleste og mest tilgjengelige metoden for å produsere statisk elektrisitet oppstår når to bestemte materialer gnis mot hverandre. Disse materialene skal alltid ha gode isolerende egenskaper og ha en amorf kroppsstruktur. De fleste skolebøker bruker plastkammer og elevhår som tilgjengelig materiale for å illustrere forekomsten av statisk elektrisitet. Disse lærebøkene sier at når en kam gnis mot håret, vil en "liten del" av elektroner overføres fra håret til kammen og lade det med en negativ ladning. Alt er veldig enkelt og originalt, men denne enkelheten er for villedende.

Fra det samme fysikkkurset er det kjent at atomet er en meget stabil struktur som verken høyt terrestrisk trykk eller høye temperaturer kan ødelegge, men en lett berøring av en kam til håret førte i hovedsak til ødeleggelsen av denne atomstrukturen. Tapet av ett elektron, dessuten et valens ett, må nødvendigvis føre til en endring i de kjemiske og fysiske egenskapene til molekylet som dette atomet er inkludert i. Det er kanskje ikke en "ubetydelig del" av slike molekyler, men en veldig betydelig. La oss derfor dvele ved analysen av en annen skoleerfaring.

Den manuelt drevne elektrostatiske maskinen er kjent for alle skolebarn. Rotasjonen av håndtaket på denne maskinen overføres gjennom en girkasse til rotasjonen av en skive laget av organisk glass. Tynne ark med staniol eller papir kommer i kontakt med disken. Friksjonskraften til bladene på den roterende skiven skaper effekten av å generere elektrisk spenning, hvorfra kondensatoren, den såkalte Leyden-krukken, lades. Ladningsenergien til en kondensator kan nå en Coulomb, som er 1024 elektronvolt. Det viser seg at det samme antall elektroner oppsto fra friksjonen av papirstykker på en roterende skive, som beveget seg gjennom ledere til en av kondensatorplatene. Som vi kan se, kan antallet elektroner som genereres fra slik friksjon ikke kalles "en liten del."

Gnidelene av papirstykkene på overflaten av disken, tatt i betraktning tykkelsen på arkene, utgjør omtrent en kubikkcentimeter. La oss konvensjonelt anta at antall molekyler i dette papirvolumet er lik antall vannmolekyler med samme volum, og dette vil også være 1024, siden størrelsen på ett vannmolekyl antas å være omtrent 10-8 cm . Faktisk er størrelsen på ett molekyl papir mye større enn størrelsen på ett molekyl med vann.

Som et resultat av de enkleste beregningene og antakelsene som er gjort, finner vi at hvert papirmolekyl må miste minst ett elektron for å gi en kondensatorladning på én Coulomb. Men til tross for dette, mister ikke papiret noen av sine fysiske kvaliteter og vinner ikke noe.

Effekten av resonnementet ovenfor kan bli sterkt forbedret hvis vi åpner for muligheten for en viss modernisering av selve maskinen. Det er mulig å koble til kondensatoren via en avtakbar tilkobling uten å skade maskinens funksjon. De ladet en kondensator, koblet den fra maskinen, installerte den neste, og så videre. Sjekk mengden ladning på hver kondensator hver gang. Den totale mengden elektroner som rømte fra papirbiter vil nå et astronomisk tall. Du kan lade påfølgende kondensatorer til papirarkene er helt utslitt, det vil si til gnideflatene deres blir til støv. På slutten av et slikt eksperiment trenger du bare å stille deg selv spørsmålet om opprinnelsen til et slikt antall elektroner. Vi kjørte alle elektronene som dukket opp i Leyden-krukker, og holdt dem der i en isolert tilstand, men ingen endringer skjedde i selve maskinen.

Dessverre tilskrives slike unike handlinger ladede partikler i mange tilfeller i studiet av statisk elektrisitet. Ta for eksempel den beskrevne oppførselen til ladede partikler i elektrifiserte legemer. Det viser seg at både positive og negative ladninger akkumuleres på fremspringene og spisse deler av disse kroppene. På grunn av frastøtningsegenskapene som tilskrives dem, bør lignende ladede partikler gjøre det stikk motsatte. De må spre seg fra disse begrensede stedene for deres eksistens. Hvorfor tillegger vår bevissthet så vedvarende slike fantastiske handlinger til ladede partikler?

I elektrifiserte kropper er elektrisk energi faktisk konsentrert om deres spisse fremspring og uregelmessigheter. Denne energikonsentrasjonen kan observeres både visuelt, under visse eksperimenter, og målt med elektrostatiske enheter. Bare elektrifisering avhenger ikke i det hele tatt av det faktum at under denne prosessen skjer separasjonen av ladninger og deres overgang fra en kropp til en annen finner sted. Inntil vår menneskelige bevissthet frigjør seg fra disse eldgamle greske og middelalderske synene på strukturen til mikroverdenen, vil vi inntil da komme med flere og flere fantastiske trekk ved oppførselen til ladede partikler og kaste bort vårt intellektuelle potensial på fruktløse ideer.

Verden rundt oss er enkelt strukturert, og i denne enkelheten må vi lete etter ledetråder til verdensstrukturen. Slike tanker ble uttrykt av noen store tenkere fra fortiden.

Studiet av den fysiske naturen til elektrisk energi begynte med arbeid med statisk elektrisitet. Fra samme utgangspunkt skal vi nå prøve å forstå noen av lovene som styrer utseendet til denne typen elektrisitet.

Gjensidig bevegelse av overflatene til to faste legemer i forhold til hverandre forårsaker alltid oppvarming av begge legemer. Frigjøring av varme skjer på grunn av friksjonskreftene som oppstår, og jo større disse kreftene er, jo større frigjøring av varme. Termisk energi er en ganske høyfrekvent stråling, og her kan man tenke på hvordan en ikke for høy bevegelseshastighet av kontaktlegemer genererer en så høy frekvens av termisk energi. Så langt kan den foreslåtte versjonen av dette fenomenet formuleres som følger: på grunn av friksjonskrefter er de elastiske bindingene til molekyler som ligger på overflaten av disse kroppene med andre molekyler utsatt for deformasjon, og disse bindingene eksiteres med en viss frekvens. Prosessen med eksitasjon av frekvensenergi i legemer under friksjon skjer mest sannsynlig nettopp i intermolekylære bindinger. Denne effekten ligner eksitasjonen av en strukket streng når den blir truffet.

Mangfoldet i eksistensen av faste stoffer antyder at forbindelsene til forskjellige molekyler med hverandre også er forskjellige. Noen legemer varmes opp mer under friksjon, mens i andre legemer kan eksitasjon fra friksjonskrefter oppstå ved helt andre frekvenser, eller til og med ved en viss sum av frekvenser. I legemer med en amorf struktur skjer eksiteringen av varme fra friksjonskrefter ubetydelig, men det oppstår hovedsakelig elektrostatisk energi, som også er den samme frekvensenergien. Det er mest sannsynlig at elektrisk energi oppstår under friksjon i krystallinske legemer, men her vil den lukkes gjennom krystallene inne i kroppen og omdannes til varme gjennom de såkalte Foucault-strømmene.

La oss anta at elektrisk energi egentlig bare er vanlig frekvensstråling, men uten en begrunnelse for interaksjonene på avstand av elektrifiserte kropper, kan ikke en slik uttalelse fortjene noen oppmerksomhet. I dette tilfellet vil vi prøve å rettferdiggjøre denne avgjørelsen til en viss grad gjennom velkjente fysiske fenomener og lover.

Fenomenet Brownsk bevegelse har blitt oppdaget i lang tid, det anses for å være godt studert, og enda flere konklusjoner kan trekkes fra det. Den grunnleggende essensen av bevegelsen av Brownske partikler er klar. Disse partiklene beveger seg fordi vannmolekyler beveger seg under påvirkning av termisk stråling. Årsaken er klar, men det er slett ikke klart hvordan termisk stråling får dette molekylet til å bevege seg, og bevege seg i en bestemt tid i en strengt definert retning. Hva er den naturlige mekanismen som tvinger et vannmolekyl til å konvertere relativt høyfrekvent varmeenergi til energien til translasjonsmekanisk bevegelse. Vi forstår heller ikke helt årsakene til dannelsen av krystaller. Så langt er alt som er kjent om strukturen til krystaller at molekylene i krystallen er ordnet i en strengt definert rekkefølge.

I væsker kan bevegelsen av molekyler observeres visuelt, men også i faste stoffer opplever molekyler et konstant ønske om å bevege seg. Fenomenene fordampning og diffusjon indikerer eksitasjonen i alle energimolekyler for translasjonsmekanisk bevegelse, og disse bevegelsesenergiene avhenger proporsjonalt av størrelsen på frekvensenergiene konsentrert i legemer.

Brownsk bevegelse av molekyler i væsker avhenger av mengden termisk energi. I dette eksemplet er et visst mønster allerede tydelig synlig: energien til mekanisk bevegelse skapte termisk energi, som igjen blir til den mekaniske energien til molekylær bevegelse. Denne prosessen samsvarer fullt ut med den universelle loven om transformasjon av en type energi til andre typer.

Alle typer utsendte energier som er kjent for oss forplanter seg til det omkringliggende rommet i henhold til deres egne lover. Så langt kan det med tilstrekkelig grunnlag slås fast at betingelsene for utbredelse av ulike strålinger i stor grad avhenger av frekvensen til strålingen. Jo nærmere disse strålingene i frekvens nærmer seg lysstråling, jo høyere rekkevidde og direktehet til stråling. Radiofrekvensutslipp bekrefter til en viss grad dette prinsippet.

For å forstå arten av fremveksten av krefter for interaksjon mellom kropper på avstand, la oss anta at vi på en eller annen måte var i stand til å styre den termiske bevegelsen til de fleste vannmolekyler i én retning. I dette tilfellet vil hele vannvolumet begynne å bevege seg i rommet uten noen synlige materielle forbindelser med kilden til denne rettede varmen. Det vil være en interaksjonseffekt mellom varmekildens kropp og karets kropp med vann. For varme-vann-tilkoblingen er dette et urealistisk eksempel, men elektriske og magnetiske interaksjoner kan oppstå nøyaktig i henhold til dette scenariet. Hvis termisk energi i det omkringliggende rommet ikke kan forplante seg i en strengt definert retning, har elektrisk energi en så streng retning, som kan sees fra dannelsen av observerte elektriske kraftlinjer.

Elektrisk energi oppstår alltid fra den mekaniske energien til bevegelse. De gjensidige bevegelsene av gnidningsflatene til faste legemer, bevegelsen av ledere i et magnetfelt og bevegelsen av luftmasser i det omkringliggende rommet gir opphav til fremveksten av elektrisk energi. På sin side gir spredningen av elektrisk energi i det omkringliggende rommet opphav til mekanisk gjensidig bevegelse av kropper.

Den elektriske frekvensen som eksiteres av friksjon i ethvert legeme, utstråles inn i det omkringliggende rommet over små avstander, og danner energiforbindelser lukket i en ring (syklet). Som nevnt ovenfor kan slike legemer bare være legemer med høy elektrisk motstand. Generatoren av stråling inn i rommet av elektriske energistrømmer er en gruppe molekyler som eksiteres av friksjonskrefter. Vi kaller slik elektrisk energi elektrostatisk, selv om det faktisk ikke er statisk her. Dette er vanlig bølgefrekvens, og derfor dynamisk, energi, men for å forenkle ytterligere resonnement, vil vi nå bruke begrepet "elektrostatisk energi".

Elektrostatisk energi i individuelle kropper kan eksistere i svært lang tid på grunn av de ubetydelige elektriske strømmene som flyter i en slik lukket frekvenskrets. I elektriske kondensatorer lagres energi også i lang tid i det dielektriske laget mellom kondensatorplatene. Kondensatorplatene tjener bare til å levere elektrisk energistrøm til det dielektriske laget.

Lysstråler forplanter seg i det omkringliggende rommet i en rett linje og over lange avstander, men forskernes sinn kom til den konklusjon at det var mulig å kunstig sløyfe lysbølger med maskinvare, noe som resulterte i en enhet som kalles en laser- eller kvantegenerator. Som et resultat av syklingen av en lysbølge oppnås en viss fantastisk prosess, som er langt fra å bli forstått av oss, men denne prosessen er veldig lik prosessen med rask energikonvertering i en lukket elektrisk krets med en liten ohmsk motstand . I slike lukkede energikretser skjer det en rask oppbygging av intermolekylære eller intramolekylære bindinger, som observeres i energiutslipp. I naturen går elektriske bølger naturlig, og dette skjer på grunn av deres frekvensegenskaper. Den kunstige prosessen med looping av lysbølger og den naturlige prosessen med looping av elektriske bølger ligner effekten av en fallende domino, lukket i en ring og med elastiske forbindelser.

Når en annen kropp kommer inn i distribusjonssonen til elektriske kraftledninger, oppstår en omfordeling av elektriske strømmer i det omkringliggende rommet. Hvis et slikt legeme er et dielektrikum, blir denne kroppen elektrifisert under påvirkning av et elektrisk felt. Denne elektrifiseringen kalles elektrifisering gjennom påvirkning.

Strålingsstråling forårsaker, i likhet med elektrisk stråling, noen strukturelle endringer i noen kjemiske grunnstoffer, og derfor blir disse grunnstoffene også radioaktive, eller radioaktive isotoper, som også er en effekt gjennom påvirkning.

Magnetisk energi er veldig nært knyttet til elektrisk energi, og det er grunnen til at hovedoppdageren av dette forholdet, Faraday, kalte denne prosessen induksjon, det vil si transformasjonen av en type energi til en annen. Så hva er denne energien, hvordan oppstår den og hvordan eksisterer den?

Den nylige oppdagelsen av amerikanske forskere om oppførselen til permanente magneter i termisk isolasjon fra miljøet kan si mye, men konklusjonene vil avhenge av posisjonen man ser på resultatene av et slikt eksperiment fra. Eksperimenter har vist at hvis en permanent magnet plasseres i en termostat, begynner temperaturen i den å synke. En enkel, ganske hverdagslig konklusjon fra en slik opplevelse antyder bare én: lufttemperaturen i termostaten synker på grunn av det faktum at termisk energi brukes på å opprettholde et visst nivå av magnetfeltet. Temperaturen i termostaten synker og nivået på magnetfeltet synker. Det viser seg at med et slikt eksperiment er det mulig å nå et tidspunkt da magnetfeltet til en permanent magnet vil slutte å eksistere. Fra disse posisjonene vil vi prøve å se på den fysiske essensen av magnetisk energi.

I ferromagneter kan man observere eksistensen av mikroskopiske områder med åpenbare tegn på tilstedeværelsen av magnetisme i fullstendig fravær av et magnetfelt i selve det ferromagnetiske legemet. Slike små områder med magnetiske felt ble kalt domener, som betydelig kan tydeliggjøre fremveksten av det generelle magnetfeltet til en ferromagnet. Som kjent er forplantningen av magnetfeltet i kroppen av magnetiske materialer tydelig ujevn i forskjellige koordinater, det vil si at det observeres uttalt anisotropi. Dette fenomenet oppstår på grunn av det faktum at magnetfeltet i det ferromagnetiske legemet sprer seg hovedsakelig over krystalllegemet. Der den ensrettede dannelsen av krystallinske formasjoner fra smelter skjer, skjer den enkleste fremgangen av magnetisk fluks. Slike fenomener er karakteristiske for termiske felt og muligens elektriske, men dette må fortsatt bevises.

Fra alt det ovennevnte angående magnetisk energi kan vi gjøre en ganske realistisk antagelse om at magnetisk energi alltid eksisterer i ferromagnetiske legemer i et visst temperaturområde. Denne energien kommer fra termisk energi og er den samme frekvensbølgeenergien som mange andre som kan spre seg i miljøet. Krystaller av ferromagnetiske materialer eksiteres ved frekvensen av magnetisk energi og er bærere av denne energien. Synlige magnetiske formasjoner-domener oppstår på grunn av det faktum at det er lettest for magnetfeltene til individuelle krystaller å lukke seg langs nærliggende krystaller og danne lukkede magnetiske spiraler, det vil si å danne domener. Feltene til magnetiske domener kan bare brytes av ytre påvirkninger på ferromagneter, som oppnås av jordens ytre magnetfelt under virkelige naturlige forhold, eller kunstig ved bruk av elektriske felt.

I likhet med fremveksten av magnetisk energi i ferromagnetiske legemer, i andre metalliske medier, oppstår også elektrisk energi fra termisk energi. Å oppnå termo-EMF under fusjon av to forskjellige metaller i en smal kontaktsone beviser ganske overbevisende denne transformasjonen av en type energi til en annen. Du kan selvfølgelig i dette tilfellet bygge fantastiske hypoteser om overføring av ladede partikler fra ett medium til et annet, men du kan også foreslå en enklere.

I tilkoblingssonen av to forskjellige metaller, når de sveises og deretter avkjøles, oppstår en spesiell dannelse av et krystallinsk medium. Hver type metall har sine egne egenskaper i mange fysiske parametere (varmekapasitet, termisk ledningsevne og andre). Disse forskjellige parametrene til metallene fører til at det dannes et krystallinsk medium i fugesonen med den dominerende retningen til de dannede krystallene fra smelten mot et av metallene. Denne prosessen med krystalldannelse ligner den kunstige dannelsen av enkeltkrystaller for halvlederteknologi. Med andre ord kan vi si at i sveisesonen til to metalliske medier bør det være en uttalt ensidig termisk og elektrisk ledningsevne.

I miljøet til metaller blir termisk energi konstant omdannet til elektrisk energi, bare denne energien, som lukker seg gjennom nabokrystaller som magnetisk energi i ferromagneter, blir igjen omdannet til termisk energi takket være de nye Foucault-strømmene. I sveisesonen danner de dannede krystallene i en retning et område med retningsbestemt fremdrift av den fremkommende elektriske energien, hvorfra potensialforskjellen vises i endene av de sveisede lederne.

KONKLUSJON

Denne artikkelen gir en kritisk analyse av eksisterende syn på mikroverdenen rundt oss på et gitt tidsrom. Hovedkonklusjonen av denne analysen er det faktum at moderne vitenskap har dannet en sterk tro på dominansen til ladede partikler i mikroverdenen. Det er ingen alternative syn på strukturen til mikroverdenen, til tross for at det i tolkningen av oppførselen til ladede partikler er et stort antall klart ubeviste utsagn og fantastiske friheter i resonnement. Så lenge representanter for høyere teknisk vitenskap vedvarende fremmer og utvikler ideene om ladede partikler, vil andre syn på årsakene til fremveksten av interaksjonskrefter mellom kropper på avstand aldri dukke opp og utvikle seg. Et forsøk på å tvinge menneskesinnet til å tenke annerledes i massebevisstheten er mulig i tilfelle når representanter for denne høyvitenskapen tvinger seg selv, i det minste for en veldig kort tid, til å gå tilbake til skolebarndommen, og prøver å revurdere mange av de grunnleggende prinsipper nedfelt i fysikklærebøker.

Som nevnt ovenfor begynner studiet av elektrisitet med fenomenet elektrifisering av en kam når den gnis mot håret. Det er faktisk veldig enkelt å oppdage utseendet av statisk elektrisitet på en kam av de tiltrukket papirbitene, men hvem og hvordan oppdaget et annet tegn på elektrisk potensial i håret på hodet vårt er helt uklart. Tilsynelatende er dette et slags teknisk triks, upublisert på trykk. For å bestemme de motsatte tegnene på elektrisitet generert av friksjon, kan du bruke de nærmeste erstatningene for materialer: i stedet for hår, bruk vanlig ullklut, og i stedet for en kam, bruk en plastlinjal. Det er veldig enkelt å oppdage det elektriske potensialet i en linjal gnidd med en klut ved å bruke dusinvis av små papirbiter festet til den, men ingenting kan oppdages i kluten. Ikke et eneste stykke papir, selv det minste, ønsker å bli tiltrukket av ull eller syntetisk stoff. Så hvor ble det positive elektriske potensialet av hvis de negativt ladede elektronene fløy inn i linjen?

Du kan gni dusinvis av forberedte linjaler en etter en med et lite stykke stoff, og identifisere tilstedeværelsen av opphisset energi i hver av dem, men du kan fortsatt ikke finne noe i stoffet. Hvor kom så disse elektrongruppene fra, som trengte inn i herskernes kropper og kan eksistere i dem i mange timer.

Dette elementære eksperimentet ligner eksperimentet med en elektrostatisk maskin foreslått ovenfor, men er veldig enkelt å implementere.

Hvis de respekterte mesterne i moderne vitenskap finner litt tid, gjentar en rekke av de enkleste eksperimentene fra teorien om ladede partikler, og kan bli overbevist om et betydelig antall formelle og ubeviste omstendigheter for eksistensen av disse partiklene, så andre veier i utviklingen av fysisk vitenskap kan dukke opp. Den aller første loven som bestemte de kvantitative sammenhengene mellom positive og negative ladninger var loven om likheten mellom disse ladningene i kroppen. Denne loven bestemte i stor grad den foreslåtte strukturen til atomer. Et atom eksisterer på elektriske interaksjonskrefter, men på grunn av likheten i antall motsatte ladninger, regnes selve atomet som elektrisk nøytralt. I dette tilfellet er det nødvendig å bevise ved et eller annet eksperiment gyldigheten av eksistensen av en slik lov, men slike bevis eksisterer fortsatt ikke.

Den største innsatsen i utviklingen av moderne grunnleggende vitenskap er plassert på å skaffe data fra driften av ladede partikkelakseleratorer. Så, kanskje det er verdt først å være helt sikker på at ladede partikler virkelig eksisterer, og ikke er et fantastisk oppdrett av menneskelig fantasi. De enorme materielle ressursene som er investert i konstruksjonen av stadig nye akseleratorer av oppfunnet ladede partikler kan godt vise seg å være den mytiske pistolen som er designet for å skyte spurver. I dyre akseleratorer blir ladede partikler mest sannsynlig ikke akselerert, men frekvensstråling med omtrent samme parametere som de som produseres under radioaktive reaksjoner eksiteres.

I januar 2013 rapporterte media at russiske forskere ved en eller annen akselerator hadde oppdaget et nytt, 117. kjemisk element i det periodiske systemet, hvis levetid er flere milliondeler av et sekund. Er så årene på midten av det tjuende århundre tilbake igjen, da flere og flere nye partikler og kjemiske elementer stadig ble oppdaget? Da det totale antallet oppdagede partikler begynte å nærme seg tre hundre, ble det besluttet å ikke oppdage flere partikler. Nå, mest sannsynlig, må den vitenskapelige verden på en eller annen måte rettferdiggjøre midlene som er investert i moderne ladede partikkelakseleratorer, og neste runde med oppdagelser av nye partikler og elementer begynner?

Vitenskapen fra de siste århundrene begynte å slite med oppfinnelsen av evighetsmaskiner, men samtidig oppfant den selv en ekte evighetsmaskin i form av en atomanordning. I en stasjonær modus, uten energiutveksling med andre atomer, er interaksjonsenergien mellom elektroner og protoner i kjernen en uuttømmelig mengde, noe som betyr at det er en evighetsmaskin.

« Fysikk - 10. klasse"

Først, la oss vurdere det enkleste tilfellet, når elektrisk ladede kropper er i ro.

Grenen av elektrodynamikk viet til studiet av likevektsforholdene til elektrisk ladede legemer kalles elektrostatikk.

Hva er en elektrisk ladning?
Hvilke gebyrer er det?

Med ord elektrisitet, elektrisk ladning, elektrisk strøm du har møttes mange ganger og klart å venne deg til dem. Men prøv å svare på spørsmålet: "Hva er en elektrisk ladning?" Selve konseptet lade- Dette er et grunnleggende, primært konsept som ikke kan reduseres på dagens utviklingsnivå av vår kunnskap til noen enklere, elementære konsepter.

La oss først prøve å finne ut hva som menes med utsagnet: "Denne kroppen eller partikkelen har en elektrisk ladning."

Alle legemer er bygget av de minste partiklene, som er udelelige i enklere og derfor kalles elementær.

Elementærpartikler har masse og på grunn av dette blir de tiltrukket av hverandre i henhold til loven om universell gravitasjon. Når avstanden mellom partiklene øker, avtar gravitasjonskraften i omvendt proporsjon med kvadratet på denne avstanden. De fleste elementærpartikler, selv om ikke alle, har også evnen til å samhandle med hverandre med en kraft som også avtar i omvendt proporsjon med kvadratet på avstanden, men denne kraften er mange ganger større enn tyngdekraften.

Så i hydrogenatomet, vist skjematisk i figur 14.1, tiltrekkes elektronet til kjernen (protonet) med en kraft 10 39 ganger større enn gravitasjonskraften.

Hvis partikler samhandler med hverandre med krefter som avtar med økende avstand på samme måte som kreftene til universell gravitasjon, men overskrider gravitasjonskreftene mange ganger, så sies disse partiklene å ha en elektrisk ladning. Selve partiklene kalles ladet.

Det finnes partikler uten elektrisk ladning, men det er ingen elektrisk ladning uten en partikkel.

Samspillet mellom ladede partikler kalles elektromagnetisk.

Elektrisk ladning bestemmer intensiteten av elektromagnetiske interaksjoner, akkurat som masse bestemmer intensiteten av gravitasjonsinteraksjoner.

Den elektriske ladningen til en elementær partikkel er ikke en spesiell mekanisme i partikkelen som kan fjernes fra den, dekomponeres i dens komponentdeler og settes sammen igjen. Tilstedeværelsen av en elektrisk ladning på et elektron og andre partikler betyr bare eksistensen av visse kraftinteraksjoner mellom dem.

Vi vet i hovedsak ingenting om ladning hvis vi ikke kjenner lovene for disse interaksjonene. Kunnskap om lovene for interaksjoner bør inkluderes i våre ideer om ladning. Disse lovene er ikke enkle, og det er umulig å skissere dem med noen få ord. Derfor er det umulig å gi en tilstrekkelig tilfredsstillende kort definisjon av begrepet elektrisk ladning.

To tegn på elektriske ladninger.

Alle kropper har masse og tiltrekker seg derfor hverandre. Ladede kropper kan både tiltrekke og frastøte hverandre. Dette viktigste faktum, kjent for deg, betyr at det i naturen er partikler med elektriske ladninger med motsatte fortegn; når det gjelder ladninger av samme tegn, frastøter partiklene, og ved forskjellige tegn tiltrekker de seg.

Ladning av elementærpartikler - protoner, som er en del av alle atomkjerner, kalles positive, og ladningen elektroner- negativ. Det er ingen interne forskjeller mellom positive og negative ladninger. Hvis tegnene til partikkelladningene ble reversert, ville ikke naturen til elektromagnetiske interaksjoner endret seg i det hele tatt.

Elementær ladning.

I tillegg til elektroner og protoner finnes det flere andre typer ladede elementærpartikler. Men bare elektroner og protoner kan eksistere i en fri tilstand på ubestemt tid. Resten av de ladede partiklene lever mindre enn en milliondels sekund. De blir født under kollisjoner av raske elementærpartikler og, etter å ha eksistert i ubetydelig kort tid, forfaller de og blir til andre partikler. Disse partiklene vil du bli kjent med i 11. klasse.

Partikler som ikke har en elektrisk ladning inkluderer nøytron. Massen er bare litt større enn massen til et proton. Nøytroner er sammen med protoner en del av atomkjernen. Hvis en elementær partikkel har en ladning, er verdien strengt definert.

Siktede kropper Elektromagnetiske krefter i naturen spiller en enorm rolle på grunn av det faktum at alle legemer inneholder elektrisk ladede partikler. De bestanddeler av atomer - kjerner og elektroner - har en elektrisk ladning.

Den direkte virkningen av elektromagnetiske krefter mellom legemer blir ikke oppdaget, siden kroppene i normal tilstand er elektrisk nøytrale.

Et atom av et hvilket som helst stoff er nøytralt fordi antall elektroner i det er lik antall protoner i kjernen. Positivt og negativt ladede partikler er forbundet med hverandre av elektriske krefter og danner nøytrale systemer.

Et makroskopisk legeme er elektrisk ladet hvis det inneholder en overflødig mengde elementærpartikler med ett tegn på ladning. Dermed skyldes den negative ladningen til et legeme det overskytende antallet elektroner sammenlignet med antall protoner, og den positive ladningen skyldes mangelen på elektroner.

For å oppnå et elektrisk ladet makroskopisk legeme, det vil si å elektrifisere det, er det nødvendig å skille en del av den negative ladningen fra den positive ladningen knyttet til den eller overføre en negativ ladning til en nøytral kropp.

Dette kan gjøres ved hjelp av friksjon. Hvis du kjører en kam gjennom tørt hår, vil en liten del av de mest mobilladede partiklene – elektroner – bevege seg fra håret til kammen og lade det negativt, og håret vil lade positivt.

Likhet av avgifter under elektrifisering

Ved hjelp av eksperimenter kan det bevises at når de elektrifiseres ved friksjon, får begge legemer ladninger som er motsatte i fortegn, men identiske i størrelse.

La oss ta et elektrometer, på stangen som det er en metallkule med et hull, og to plater på lange håndtak: en laget av hard gummi og den andre laget av plexiglass. Når de gnis mot hverandre, blir platene elektrifisert.

La oss ta en av platene inn i sfæren uten å berøre veggene. Hvis platen er positivt ladet, vil noen av elektronene fra nålen og stangen til elektrometeret trekkes til platen og samles på den indre overflaten av sfæren. Samtidig vil pilen lades positivt og skyves bort fra elektrometerstangen (fig. 14.2, a).

Hvis du tar med en annen plate inn i sfæren, etter først å ha fjernet den første, vil elektronene i sfæren og stangen bli frastøtt fra platen og vil samle seg i overkant på pilen. Dette vil føre til at pilen avviker fra stangen, og i samme vinkel som i det første forsøket.

Etter å ha senket begge platene inne i kulen, vil vi ikke oppdage noen avvik fra pilen i det hele tatt (fig. 14.2, b). Dette beviser at ladningene til platene er like store og motsatte i fortegn.

Elektrifisering av kropper og dens manifestasjoner. Betydelig elektrifisering oppstår under friksjon av syntetiske stoffer. Når du tar av deg en skjorte laget av syntetisk materiale i tørr luft, kan du høre en karakteristisk knitrende lyd. Små gnister hopper mellom de ladede områdene på gnideflatene.

I trykkerier elektrifiseres papir under trykking og arkene henger sammen. For å forhindre at dette skjer, brukes spesielle enheter for å tømme ladningen. Imidlertid brukes noen ganger elektrifisering av kropper i nærkontakt, for eksempel i forskjellige elektrokopieringsinstallasjoner, etc.

Loven om bevaring av elektrisk ladning.

Erfaring med elektrifisering av plater viser at under elektrifisering ved friksjon skjer det en omfordeling av eksisterende ladninger mellom kropper som tidligere var nøytrale. En liten del av elektronene beveger seg fra en kropp til en annen. I dette tilfellet vises ikke nye partikler, og eksisterende partikler forsvinner ikke.

Når kropper blir elektrifisert, loven om bevaring av elektrisk ladning. Denne loven gjelder for et system der ladede partikler ikke kommer inn fra utsiden og som de ikke forlater, dvs. isolert system.

I et isolert system er den algebraiske summen av ladningene til alle legemer bevart.

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

hvor q 1, q 2 osv. er ladningene til individuelle ladede kropper.

Loven om bevaring av ladning har en dyp betydning. Hvis antallet ladede elementærpartikler ikke endres, er oppfyllelsen av ladningsbevaringsloven åpenbar. Men elementærpartikler kan forvandle seg til hverandre, bli født og forsvinne, og gi liv til nye partikler.

Men i alle tilfeller er ladede partikler født bare i par med ladninger av samme størrelse og motsatt i fortegn; Ladede partikler forsvinner også bare i par, og blir til nøytrale. Og i alle disse tilfellene forblir den algebraiske summen av ladningene den samme.

Gyldigheten av loven om bevaring av ladning bekreftes av observasjoner av et stort antall transformasjoner av elementærpartikler. Denne loven uttrykker en av de mest grunnleggende egenskapene til elektrisk ladning. Årsaken til siktelsen er fortsatt ukjent.

Den elektromagnetiske kraften som virker på en ladet partikkel består av kreftene som virker fra de elektriske og magnetiske feltene:

Kraften definert av formel (3.2) kalles den generaliserte Lorentz-kraften. Tatt i betraktning virkningen av to felt, elektrisk og magnetisk, sier de at et elektromagnetisk felt virker på en ladet partikkel.

La oss vurdere bevegelsen til en ladet partikkel i et elektrisk felt alene. I dette tilfellet antas det heretter at partikkelen er ikke-relativistisk, dvs. hastigheten er betydelig mindre enn lysets hastighet. Partikkelen påvirkes bare av den elektriske komponenten av den generaliserte Lorentz-kraften
. I følge Newtons andre lov beveger en partikkel seg med akselerasjon:

, (3.3)

som er rettet langs vektoren ved positiv ladning og mot vektoren ved negativ ladning.

La oss undersøke det viktige tilfellet av bevegelsen til en ladet partikkel i et jevnt elektrisk felt. I dette tilfellet beveger partikkelen seg jevnt akselerert (
). Banen til en partikkel avhenger av retningen til dens begynnelseshastighet. Hvis starthastigheten er null eller rettet langs vektoren , er partikkelbevegelsen rettlinjet og jevnt akselerert. Hvis starthastigheten til partikkelen er rettet i en vinkel til vektoren , da vil banen til partikkelen være en parabel. Banene til en ladet partikkel i et jevnt elektrisk felt er de samme som banene til fritt (uten luftmotstand) fallende kropper i jordens gravitasjonsfelt, som kan betraktes som ensartet nær jordens overflate.

Eksempel 3.1. Bestem slutthastigheten til en partikkel med masse
og lade , flyr i et jevnt elektrisk felt avstand . Starthastigheten til partikkelen er null.

Løsning. Siden feltet er jevnt og starthastigheten til partikkelen er null, vil partikkelens bevegelse være rettlinjet og jevnt akselerert. La oss skrive ned ligningene for rettlinjet jevnt akselerert bevegelse med null starthastighet:

La oss erstatte akselerasjonsverdien fra ligning (3.3) og få:

I et uniformert felt
(se 1.21). Størrelse kalt akselererende potensialforskjell. Dermed hastigheten som en partikkel får når den passerer gjennom en akselererende potensialforskjell :

. (3.4)

Når man beveger seg i uensartede elektriske felt, er akselerasjonen av ladede partikler variabel, og banene vil være mer komplekse. Imidlertid er problemet med å finne hastigheten til en partikkel som passerer gjennom en akselererende potensialforskjell , kan løses basert på loven om bevaring av energi. Bevegelsesenergien til en ladet partikkel (kinetisk energi) endres på grunn av arbeidet til det elektriske feltet:

Her brukes formel (1.5) for arbeidet til det elektriske feltet på ladningsbevegelse
. Hvis starthastigheten til partikkelen er null (
) eller liten sammenlignet med slutthastigheten, får vi:
, hvorfra formel (3.4) følger. Dermed forblir denne formelen gyldig i tilfelle bevegelse av en ladet partikkel i et ujevnt felt. Dette eksemplet viser to måter å løse fysikkproblemer på. Den første metoden er basert på direkte anvendelse av Newtons lover. Hvis kreftene som virker på kroppen er variable, kan det være mer hensiktsmessig å bruke den andre metoden, basert på loven om bevaring av energi.

La oss nå vurdere bevegelsen av ladede partikler i magnetiske felt. En endring i den kinetiske energien til en partikkel i et magnetfelt kan bare skje på grunn av Lorentz-kraftens arbeid:
. Men arbeidet utført av Lorentz-kraften er alltid null, noe som betyr at den kinetiske energien til partikkelen, og samtidig hastighetsmodulen, ikke endres. Ladede partikler beveger seg i magnetiske felt med konstante hastigheter. Hvis et elektrisk felt kan akselerere i forhold til en ladet partikkel, kan et magnetfelt bare avledes, det vil si at det bare kan endre retningen på dets bevegelse.

La oss vurdere alternativer for ladebevegelsesbaner i et ensartet felt.

1. Den magnetiske induksjonsvektoren er parallell eller antiparallell med starthastigheten til den ladede partikkelen. Så fra formel (3.1) følger det
. Følgelig vil partikkelen bevege seg rettlinjet og jevnt langs magnetfeltlinjene.

2. Den magnetiske induksjonsvektoren er vinkelrett på starthastigheten til partikkelen (i fig. 3.2 er den magnetiske induksjonsvektoren rettet utover tegningens plan). Newtons andre lov for en partikkel har formen:

eller
.

Lorentz-kraften er konstant i størrelse og rettet vinkelrett på hastigheten og vektoren til magnetisk induksjon. Dette betyr at partikkelen vil bevege seg hele tiden i ett plan. I tillegg, fra Newtons andre lov følger det at akselerasjonen til partikkelen vil være konstant i størrelse og vinkelrett på hastigheten. Dette er bare mulig når banen til partikkelen er en sirkel, og akselerasjonen til partikkelen er sentripetal. Bytter verdien av sentripetalakselerasjon inn i Newtons andre lov
og størrelsen på Lorentz-styrken
, finn radiusen til sirkelen:

. (3.5)

Merk at rotasjonsperioden til en partikkel ikke avhenger av hastigheten:

3. Generelt kan den magnetiske induksjonsvektoren rettes i en viss vinkel

til starthastigheten til partikkelen (fig. 3.3). Først og fremst bemerker vi nok en gang at hastigheten til partikkelen i absolutt verdi forblir konstant og lik verdien av starthastigheten

. Hastighet

kan dekomponeres i to komponenter: parallelt med den magnetiske induksjonsvektoren

og vinkelrett på den magnetiske induksjonsvektoren

Det er klart at hvis en partikkel fløy inn i et magnetfelt med bare en komponent , så vil den bevege seg nøyaktig som i tilfelle 1 jevnt i retning av induksjonsvektoren.

Hvis en partikkel fløy inn i et magnetfelt med bare én hastighetskomponent , så ville den befinne seg i de samme forholdene som i tilfelle 2. Og derfor ville den bevege seg i en sirkel, hvis radius igjen er bestemt fra Newtons andre lov:

Dermed er den resulterende bevegelsen til partikkelen samtidig en jevn bevegelse langs den magnetiske induksjonsvektoren med en hastighet og jevn rotasjon i et plan vinkelrett på den magnetiske induksjonsvektoren med en hastighet . Banen for en slik bevegelse er en spirallinje eller spiral (se fig. 3.3). Spiral stigning – avstanden som partikkelen har tilbakelagt langs induksjonsvektoren i løpet av en omdreining:

Hvordan er massene til de minste ladede partiklene (elektron, proton, ioner) kjent? Hvordan klarer du å "veie" dem (du kan tross alt ikke legge dem på vekter!)? Ligning (3.5) viser at for å bestemme massen til en ladet partikkel, må du vite radiusen til dens spor når du beveger deg i et magnetfelt. Radiiene til sporene til de minste ladede partiklene bestemmes ved hjelp av et skykammer plassert i et magnetfelt, eller ved hjelp av et mer avansert boblekammer. Prinsippet for deres operasjon er enkelt. I et skykammer beveger en partikkel seg i overmettet vanndamp og fungerer som en dampkondensasjonskjerne. Mikrodråper som kondenserer når en ladet partikkel passerer markerer banen. I et boblekammer (oppfunnet for bare et halvt århundre siden av den amerikanske fysikeren D. Glaser) beveger partikkelen seg i en overopphetet væske, d.v.s. oppvarmet over kokepunktet. Denne tilstanden er ustabil, og etter hvert som partikkelen passerer, oppstår koking og en kjede av bobler dannes langs sporet. Et lignende bilde kan observeres ved å kaste et korn med bordsalt i et glass øl: når det faller, etterlater det et spor av. gassbobler. Boblekamre er de viktigste verktøyene for å registrere de minste ladede partiklene, og er faktisk de viktigste informative enhetene til eksperimentell kjernefysikk.