Pages Navigation Menu

Магнит


МагнитМногие задачи в современной физике были решены (и продолжают решаться) с помощью магнитов. Сегодня почти в каждой физической лаборатории имеется магнит. С его помощью физики изучают свойства вещества и испытывают новые материалы, сортируют изотопы атомов и определяют их основные характеристики, фокусируют пучки заряженных частиц и удерживают внутри ускорителя сотни миллиардов ядерных снарядов, скорость которых почти достигает скорости света…

И принципы и конструкции этих приборов самые различные. Но одна черта роднит их. Всюду использованы одни и те же явления. Ток рождает магнитное поле — магнитное поле воздействует на электрический заряд.

Это лежит в основе. С действием магнитного поля на движущиеся электрические заряды мы познакомились еще в начале нашего рассказа о природе магнита. Тогда мы выяснили, что на любую заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, действует сила Лоренца. Эта сила всегда перпендикулярна скорости частицы и магнитному полю.

Силу Лоренца легко можно продемонстрировать Вспомните опыт с электроннолучевой трубкой и магнитом. Это и есть та сила, которая искривляет путь потока электронов и преобразует прямолинейную траекторию в криволинейную.

Это последнее обстоятельство чрезвычайно существенно и заслуживает того, чтобы поговорить о нем подробнее.

Об особенностях движения заряженных частиц в магнитном поле. Начнем с задачи (очень известной), когда в однородное магнитное поле Ввлетает заряд q, имеющий массу т; вектор его скорости v перпендикулярен вектору индукции магнитного поля. Каким будет дальнейшее движение заряда?

Сила Лоренца, действующая на заряд, в любой момент перпендикулярна его скорости; следовательно, она не в состоянии изменить модуль скорости, но может изменить ее направление. В результате заряд, получив центростремительное ускорение, будет двигаться по окружности,радиус которой находится из уравнения

Естественно, чем сильнее поле, тем меньше становится радиус вращения, чем больше скорость заряда, тем больше и радиус. Когда поле стремится к нулю, радиус стремится к бесконечности, т. е. заряд движется по прямой, как и должно быть.

Рассмотрим теперь более общий случай, когда скорость заряда v направлена под произвольным углом к вектору индукции магнитного поля. Если заряд влетает в однородное магнитное поле под углом а к линиям магнитной индукции, то составляющая скорости параллельная вектору меняться не будет, а под действием силы Лоренца, зависящей от нормальной составляющей заряд будет описывать в плоскости, перпендикулярной В,окружность. Эту окружность часто называют ларморовской орбитой, а радиус R ларморовским.

МагнитВращаясь по окружности в плоскости, перпендикулярной к магнитному полю, заряд вместе с тем будет двигаться равномерно вдоль линий поля, так что его траектория будет представлять собой винтовую линию.

Обратите внимание на характерную особенность магнитного поля — оно только изменяет траекторию движения заряда, а скорость заряда остается неизменной. Сила Лоренца, действующая на заряд, в любой момент перпендикулярна его скорости, следовательно, она не в состоянии изменить модуль скорости — и кинетическая энергия частицы будет оставаться постоянной. Это значит, что при движении заряда в постоянном магнитном поле энергия от поля не отбирается.

Все сказанное относится к однородному магнитному полю. В случае неоднородного поля сила уже не будет оставаться постоянной от точки к точке при заданной скорости и направлении движения заряда, поэтому траектории заряда будут сложнее.

2 Коммент.

  1. Именно природный магнит нам помог немного посмотреть на мир другими глазами. Это уже история.

  2. Похоже, что сила магнитного взаимодействия вполне может стать альтернативным источником энергии. Научиться бы её использовать)


Полезная информация