Amit általában Lorentz-erőnek neveznek. A készülék általános elvei

A mágneses tér által egy mozgó elektromosan töltött részecskére kifejtett erő.

ahol q a részecske töltése;

V - töltési sebesség;

a a töltési sebességvektor és a mágneses indukció vektor közötti szög.

Meghatározzuk a Lorentz-erő irányát a bal kéz szabálya szerint:

Ha felteszed bal kézúgy, hogy az indukciós vektor sebességre merőleges komponense a tenyérbe kerül, és a négy ujj a pozitív töltés mozgási sebességének irányában (vagy a negatív töltés sebességének irányában) helyezkedik el, akkor a hajlított hüvelykujj jelzi a Lorentz-erő irányát:

Mivel a Lorentz-erő mindig merőleges a töltés sebességére, nem működik (vagyis nem változtatja meg a töltési sebesség értékét és annak mozgási energiáját).

Ha egy töltött részecske párhuzamosan mozog a mágneses erővonalakkal, akkor Fl = 0, és a töltés a mágneses térben egyenletesen és egyenesen mozog.

Ha egy töltött részecske merőlegesen mozog a mágneses erővonalakra, akkor a Lorentz-erő centripetális:

és a következővel egyenlő centripetális gyorsulást hoz létre:

Ebben az esetben a részecske körben mozog.

Newton második törvénye szerint: a Lorentz-erő egyenlő a részecske tömegének és a centripetális gyorsulásnak a szorzatával:

akkor a kör sugara:

és a töltés forgási periódusa mágneses térben:

Mert elektromosság a töltések rendezett mozgását ábrázolja, akkor a mágneses tér áramvezető vezetőre gyakorolt hatása az egyes mozgó töltésekre gyakorolt hatásának eredménye. Ha áramvezető vezetőt vezetünk be egy mágneses térbe (96a. ábra), akkor látni fogjuk, hogy a mágnes és a vezető mágneses mezőinek összeadása következtében a keletkező mágneses tér megnő a mágneses tér egyik oldalán. vezető (a fenti rajzon), és a mágneses tér gyengül a másik vezető oldalon (az alábbi rajzon). Két mágneses tér hatására a mágneses vonalak meghajlanak és összehúzódni próbálva lenyomják a vezetőt (96. ábra, b).

A mágneses térben az áramot vezető vezetőre ható erő iránya a „balkéz szabály” segítségével határozható meg. Ha a bal kezet mágneses térbe helyezzük úgy mágneses vonalak, az északi pólusból kilépve, mintha a tenyérbe lépne, és a négy kinyújtott ujj egybeesett a vezetőben lévő áram irányával, akkor a kéz nagy hajlított ujja mutatja az erő irányát. A vezető hosszának egy elemére ható ampererő függ: a B mágneses indukció nagyságától, az I vezetőben lévő áram nagyságától, a vezető hosszának elemétől és a között lévő a szög szinuszától. a vezető hosszának elemének iránya és a mágneses tér iránya.

Ez a függőség a következő képlettel fejezhető ki:

Az egyenletes mágneses tér irányára merőlegesen elhelyezett, véges hosszúságú egyenes vezető esetén a vezetőre ható erő egyenlő:

Az utolsó képletből meghatározzuk a mágneses indukció méretét.

Mivel az erő dimenziója:

azaz az indukció dimenziója megegyezik azzal, amit Biot és Savart törvényéből kaptunk.

Tesla (mágneses indukció mértékegysége)

Tesla, mágneses indukció mértékegysége Nemzetközi rendszer egységek, egyenlő mágneses indukció, amelyen a mágneses fluxus áthalad keresztmetszet terület 1 m 2 egyenlő 1-gyel Weber. N-ről nevezték el. Tesla. Megnevezések: orosz tl, nemzetközi T. 1 tl = 104 gs(gauss).

Mágneses nyomaték, mágneses dipólusmomentum- az anyag mágneses tulajdonságait jellemző fő mennyiség. A mágneses momentumot A⋅m 2 vagy J/T (SI), vagy erg/Gs (SGS) mértékegységben mérjük, 1 erg/Gs = 10 -3 J/T. Az elemi mágneses momentum fajlagos mértékegysége a Bohr-magneton. Elektromos áramú lapos áramkör esetén a mágneses momentumot a következőképpen számítjuk ki

ahol az áramerősség az áramkörben, az áramkör területe, az áramkör síkjának normáljának egységvektora. A mágneses nyomaték irányát általában a kardánszabály szerint találjuk meg: ha a kardán fogantyúját az áram irányába forgatjuk, akkor a mágneses nyomaték iránya egybeesik a gimlet transzlációs mozgásának irányával.

Egy tetszőleges zárt hurok esetén a mágneses momentum a következőkből adódik:

ahol az origótól a kontúrhossz elemig húzott sugárvektor

Általános esetben tetszőleges áramelosztás közegben:

hol van az áramsűrűség a térfogatelemben.

Tehát egy forgatónyomaték hat egy áramot vezető áramkörre mágneses térben. A kontúr a mező egy adott pontjában csak egy módon orientálódik. Vegyük a normál pozitív irányát a mágneses tér irányának egy adott pontban. A nyomaték egyenesen arányos az áramerősséggel én, kontúrterület S valamint a mágneses tér iránya és a normál közötti szög szinusza.

Itt M - nyomaték , vagy a hatalom pillanata , - mágneses momentum áramkör (hasonlóan - a dipólus elektromos momentuma).

Inhomogén mezőben () a képlet akkor érvényes, ha a körvonal mérete meglehetősen kicsi(akkor a mező megközelítőleg egységesnek tekinthető a kontúron belül). Következésképpen az áramkör továbbra is hajlamos megfordulni úgy, hogy mágneses nyomatéka a vektor vonalai mentén irányul.

De ezen felül a keletkező erő hat az áramkörre (egyenletes tér és . Ez az erő az áramkörre, ill. állandómágnes egy pillanattal, és behúzza őket egy erősebb mágneses tér tartományába.
Dolgozzon áramkör mozgatásával mágneses térben.

Könnyű bizonyítani, hogy az áramvezető áramkör mágneses térben történő mozgatására végzett munka egyenlő , hol és vannak a kontúrterületen átmenő mágneses fluxusok a végső és kezdeti pozíciók. Ez a képlet akkor érvényes, ha az áramkörben állandó az áram, azaz Az áramkör mozgatásakor az elektromágneses indukció jelenségét nem veszik figyelembe.

A képlet nagy áramkörökre is érvényes erősen inhomogén mágneses térben (feltéve I= const).

Végül, ha az áramkört nem tolják el, hanem a mágneses teret megváltoztatják, pl. változtassa meg az áramkör által lefedett felületen áthaladó mágneses fluxust értékről értékre, majd ehhez ugyanazt a munkát kell elvégeznie . Ezt a munkát az áramkörhöz tartozó mágneses fluxus megváltoztatásának munkájának nevezzük. Mágneses indukciós vektor fluxus (mágneses fluxus) a területen keresztül dS egy skaláris fizikai mennyiség, amely egyenlő

ahol B n =Вcosα a vektor vetülete BAN BEN a normál irányába a dS helyhez (α a vektorok közötti szög nÉs BAN BEN), d S= dS n- egy vektor, amelynek modulja egyenlő dS-vel, és iránya egybeesik a normál irányával n az oldalra. Áramlási vektor BAN BEN lehet pozitív vagy negatív a cosα előjelétől függően (a normál pozitív irányának megválasztásával beállítva n). Áramlási vektor BAN BENáltalában egy áramkörhöz kapcsolódnak, amelyen keresztül áramlik. Ebben az esetben a normál pozitív irányát adtuk meg a kontúrhoz: azt a jobb oldali csavar szabálya köti az áramhoz. Ez azt jelenti, hogy az áramkör által az önmaga által korlátozott felületen keresztül létrehozott mágneses fluxus mindig pozitív.

A Ф B mágneses indukciós vektor fluxusa tetszőleges megadott S felületen egyenlő

(2)

Egyenletes mezőre és sík felületre, amely a vektorra merőlegesen helyezkedik el BAN BEN, B n =B = állandó és

Ez a képlet megadja a mágneses fluxus mértékegységét weber(Wb): 1 Wb olyan mágneses fluxus, amely 1 m 2 területű sík felületen halad át, amely az egyenletes mágneses térre merőlegesen helyezkedik el, és amelynek indukciója 1 T (1 Wb = 1 T.m 2).

Gauss tétele B mezőre: a mágneses indukciós vektor fluxusa bármely zárt felületen nulla:

(3)

Ez a tétel azt a tényt tükrözi, hogy nincs mágneses töltés, aminek következtében a mágneses indukció vonalainak nincs se eleje, se vége, és zártak.

Ezért vektorfolyamokhoz BAN BENÉs E az örvényben és a potenciálmezőben zárt felületen keresztül különböző képleteket kapunk.

Példaként keressük a vektorfolyamot BAN BEN a mágnesszelepen keresztül. A μ mágneses permeabilitású maggal rendelkező szolenoidon belüli egyenletes mező mágneses indukciója egyenlő

A mágneses fluxus az S területű mágnesszelep egy fordulaton keresztül egyenlő

és a teljes mágneses fluxus, amely a szolenoid összes fordulatához kapcsolódik és ún fluxus kapcsolódás,

Az Amper-erő, a Coulomb-kölcsönhatás és az elektromágneses terek mellett a Lorentz-erő fogalma gyakran találkozik a fizikában. Ez a jelenség az egyik alapvető jelenség az elektrotechnikában és az elektronikában, és mások mellett. A mágneses térben mozgó töltésekre hat. Ebben a cikkben röviden és világosan megvizsgáljuk, mi az a Lorentz-erő, és hol alkalmazzák.

Meghatározás

Amikor az elektronok egy vezető mentén mozognak, mágneses mező jelenik meg körülötte. Ugyanakkor, ha egy vezetőt keresztirányú mágneses térbe helyez, és elmozdítja, elektromágneses indukciós emf keletkezik. Ha egy mágneses térben elhelyezkedő vezetőn áram folyik át, az Ampererő hat rá.

Értéke függ az átfolyó áramtól, a vezető hosszától, a mágneses indukciós vektor nagyságától és a mágneses erővonalak és a vezető közötti szög szinuszától. Kiszámítása a következő képlet segítségével történik:

A vizsgált erő részben hasonló a fentebb tárgyalthoz, de nem egy vezetőre, hanem egy mágneses térben mozgó töltött részecskére hat. A képlet így néz ki:

Fontos! A Lorentz-erő (Fl) egy mágneses mezőben mozgó elektronra és egy vezetőre - Amperre - hat.

A két képletből jól látható, hogy mind az első, mind a második esetben minél közelebb van az alfa szög szinusza 90 fokhoz, annál nagyobb a Fa vagy Fl hatása a vezetőre vagy a töltésre.

Tehát a Lorentz-erő nem a sebesség változását jellemzi, hanem a mágneses tér hatását egy töltött elektronra vagy pozitív ionra. Ha ki vannak téve nekik, Fl nem végez semmilyen munkát. Ennek megfelelően a töltött részecske sebességének iránya változik, nem pedig a nagysága.

Ami a Lorentz-erő mértékegységét illeti, csakúgy, mint a fizikában más erők esetében, olyan mennyiséget használnak, mint a Newton. Összetevői:

Hogyan irányul a Lorentz-erő?

A Lorentz-erő irányának meghatározásához, mint az Amper-erő esetében, a balkéz szabály működik. Ez azt jelenti, hogy annak megértéséhez, hogy az Fl érték hova irányul, ki kell nyitnia a bal keze tenyerét, hogy a mágneses indukciós vonalak belépjenek a kezébe, és a kinyújtott négy ujj a sebességvektor irányát jelezze. Ezután a tenyérre derékszögben hajlított hüvelykujj jelzi a Lorentz-erő irányát. Az alábbi képen láthatja, hogyan kell meghatározni az irányt.

Figyelem! A Lorentz-hatás iránya merőleges a részecskék mozgására és a mágneses indukciós vonalakra.

Ebben az esetben, pontosabban, a pozitív és negatív töltésű részecskék esetében a négy széthajtott ujj iránya számít. A fent leírt bal oldali szabály pozitív részecskére van megfogalmazva. Ha negatív töltésű, akkor a mágneses indukció vonalait nem a nyitott tenyér felé kell irányítani, hanem a háta felé, és az Fl vektor iránya ellentétes lesz.

Most elmondjuk egyszerű szavakkal, mit ad nekünk ez a jelenség, és milyen valós hatással van a töltésekre. Tegyük fel, hogy az elektron a mágneses indukciós vonalak irányára merőleges síkban mozog. Már említettük, hogy Fl nem befolyásolja a sebességet, csak a részecskék mozgásának irányát változtatja meg. Ekkor a Lorentz-erő centripetális hatást fejt ki. Ezt tükrözi az alábbi ábra.

Alkalmazás

Azon területek közül, ahol a Lorentz-erőt alkalmazzák, az egyik legnagyobb a részecskék mozgása a Föld mágneses mezőjében. Ha bolygónkat nagy mágnesnek tekintjük, akkor az északi részecskék közelében találhatók mágneses pólusok, gyorsított mozgást végezzen spirálisan. Ennek eredményeként ütköznek a felső légkörből származó atomokkal, és látjuk az északi fényt.

Vannak azonban más esetek is, amikor ez a jelenség érvényesül. Például:

Katódsugárcsövek. Elektromágneses eltérítési rendszereikben. A CRT-ket több mint 50 egymást követő éve használták különféle eszközök, kezdve a legegyszerűbb oszcilloszkóptól a televíziókig különböző formákés méretek. Érdekes, hogy ha a színvisszaadásról és a grafikával való munkáról van szó, néhányan még mindig CRT-monitorokat használnak.
Elektromos gépek – generátorok és motorok. Bár itt inkább az Amper-erő lép fel. De ezek a mennyiségek szomszédosnak tekinthetők. Ezek azonban összetett eszközök, amelyek működése során számos fizikai jelenség hatása figyelhető meg.
A töltött részecskék gyorsítóiban, hogy meghatározzák pályájukat és irányukat.

Következtetés

Foglaljuk össze és vázoljuk egyszerű nyelven e cikk négy fő pontját:

A Lorentz-erő olyan töltött részecskékre hat, amelyek mágneses térben mozognak. Ez az alapképletből következik.
Ez egyenesen arányos a töltött részecske sebességével és a mágneses indukcióval.
Nem befolyásolja a részecskesebességet.
Befolyásolja a részecske irányát.

Szerepe igen nagy az „elektromos” területeken. A szakembernek nem szabad szem elől tévesztenie az alapvető fizikai törvényekre vonatkozó alapvető elméleti információkat. Ez a tudás hasznos lesz, valamint azoknak, akik foglalkoznak tudományos munka, design és csak általános fejlesztéshez.

Most már tudja, mi a Lorentz-erő, mi egyenlő, és hogyan hat a töltött részecskékre. Ha kérdése van, tegye fel a cikk alatti megjegyzésekben!

Anyagok

A dinamika alaptörvényei. Newton törvényei – első, második, harmadik. Galilei relativitás elve. Az egyetemes gravitáció törvénye. Gravitáció. Rugalmas erők. Súly. Súrlódási erők - nyugalmi, csúszási, gördülési + súrlódás folyadékokban és gázokban.

Kinematika. Alapfogalmak. Egyenletes lineáris mozgás. Egyenletesen gyorsított mozgás. Egységes mozgás egy körben. Referencia rendszer. Pálya, elmozdulás, út, mozgásegyenlet, sebesség, gyorsulás, kapcsolat a lineáris és a szögsebesség között.

Egyszerű mechanizmusok. Kar (az első típusú kar és a második típusú kar). Blokk (rögzített blokk és mozgatható blokk). Ferde sík. Hidraulikus nyomás. A mechanika aranyszabálya

Természetvédelmi törvények a mechanikában. Mechanikai munka, teljesítmény, energia, lendület megmaradás törvénye, energia megmaradás törvénye, szilárdtestek egyensúlya

Körkörös mozgás. A körben való mozgás egyenlete. Szögsebesség. Normál = centripetális gyorsulás. A keringés periódusa, gyakorisága (forgás). A lineáris és a szögsebesség kapcsolata

Mechanikai rezgések. Szabad és kényszer rezgések. Harmonikus rezgések. Rugalmas rezgések. Matematikai inga. Energia átalakulások harmonikus rezgések során

Mechanikus hullámok. Sebesség és hullámhossz. Utazó hullám egyenlet. Hullámjelenségek (diffrakció, interferencia...)

Folyadékmechanika és aeromechanika. Nyomás, hidrosztatikus nyomás. Pascal törvénye. A hidrosztatika alapegyenlete. Kommunikációs erek. Arkhimédész törvénye. Hajózási feltételek tel. Folyadékáramlás. Bernoulli törvénye. Torricelli formula

Molekuláris fizika. Az IKT alapvető rendelkezései. Alapfogalmak és képletek. Az ideális gáz tulajdonságai. Alapvető MKT egyenlet. Hőfok. Ideális gáz állapotegyenlete. Mengyelejev-Clayperon egyenlet. Gáztörvények - izoterma, izobár, izokor

Hullám optika. A fény részecske-hullám elmélete. A fény hullám tulajdonságai. A fény szórása. A fény interferencia. Huygens-Fresnel elv. A fény diffrakciója. A fény polarizációja

Termodinamika. Belső energia. Munka. A hőmennyiség. Hőjelenségek. A termodinamika első főtétele. A termodinamika első főtételének alkalmazása különböző folyamatokra. Termikus egyensúly egyenlet. A termodinamika második főtétele. Hőmotorok

Elektrosztatika. Alapfogalmak. Elektromos töltés. Az elektromos töltés megmaradásának törvénye. Coulomb törvénye. Szuperpozíció elve. A rövid távú cselekvés elmélete. Elektromos tér potenciál. Kondenzátor.

Állandó elektromos áram. Ohm törvénye az áramkör egy szakaszára. DC működés és teljesítmény. Joule-Lenz törvény. Ohm törvénye a teljes áramkörre. Faraday elektrolízis törvénye. Elektromos áramkörök - soros és párhuzamos csatlakozás. Kirchhoff szabályai.

Elektromágneses rezgések. Szabad és kényszerített elektromágneses rezgések. Oszcillációs áramkör. Váltakozó elektromos áram. Kondenzátor váltakozó áramú áramkörben. Induktor ("mágnes") egy váltakozó áramú áramkörben.

Elektromágneses hullámok. Az elektromágneses hullám fogalma. Az elektromágneses hullámok tulajdonságai. Hullámjelenségek

Most itt vagy: Mágneses mező. Mágneses indukciós vektor. A gimlet szabály. Ampere törvénye és Ampere ereje. Lorentz erő. Bal kéz szabály. Elektromágneses indukció, mágneses fluxus, Lenz-szabály, elektromágneses indukció törvénye, önindukció, mágneses tér energia

A kvantumfizika. Planck hipotézise. A fotoelektromos hatás jelensége. Einstein egyenlete. Fotonok. Bohr kvantum posztulátumai.

A relativitáselmélet elemei. A relativitáselmélet posztulátumai. Egyidejűség, távolságok, időintervallumok relativitása. A sebességek összeadásának relativisztikus törvénye. A tömeg függése a sebességtől. A relativisztikus dinamika alaptörvénye...

A közvetlen és közvetett mérések hibái. Abszolút, relatív hiba. Szisztematikus és véletlenszerű hibák. Szórás (hiba). Táblázat különböző függvények közvetett méréseinek hibáinak meghatározásához.

OKTATÁSI ÉS TUDOMÁNYOS MINISZTÉRIUM

OROSZ FÖDERÁCIÓ

SZÖVETSÉGI ÁLLAMI KÖLTSÉGVETÉSI FELSŐOKTATÁSI INTÉZMÉNY

"KURGÁN ÁLLAMI EGYETEM"

ABSZTRAKT

A "Fizika" témakörben: "A Lorentz-erő alkalmazása"

Készítette: A T-10915 csoport tanulója Logunova M.V.

Tanár Voroncov B.S.

Kurgan 2016

Bevezetés 3

1. Lorentz erő alkalmazása 4

1.1. Elektronsugaras eszközök 4

1.2 Tömegspektrometria 5

1,3 MHD generátor 7

1.4 Cyclotron 8

10. következtetés

Hivatkozások 11

Bevezetés

Lorentz erő- az az erő, amellyel az elektromágneses tér a klasszikus (nem kvantum) elektrodinamika szerint a ponttöltésű részecskére hat. Néha a Lorentz-erőt a mozgó tárgyra sebességgel ható erőnek nevezik υ díj q csak a mágneses tér oldaláról, gyakran teljes erővel - az elektromágneses tér oldaláról általában, más szóval az elektromos tér oldaláról E immágneses B mezőket.

A Nemzetközi Mértékegységrendszerben (SI) a következőképpen fejezik ki:

F L = qυ B sinα

Nevét Hendrik Lorentz holland fizikusról kapta, aki 1892-ben származtatta ennek az erőnek a kifejezését. Három évvel Lorenz előtt a helyes kifejezést O. Heaviside.

A Lorentz-erő makroszkopikus megnyilvánulása az Amper-erő.

A Lorentz-erő felhasználásával

A mágneses tér mozgó töltött részecskékre gyakorolt hatását a technológia nagyon széles körben alkalmazza.

A Lorentz-erő (pontosabban speciális esete - az Amper-erő) fő alkalmazása az elektromos gépek (villamos motorok és generátorok). A Lorentz-erőt széles körben használják elektronikus eszközökben a töltött részecskék (elektronok és néha ionok) befolyásolására, például a televízióban. katódsugárcsövek, V tömegspektrometriaÉs MHD generátorok.

Ezenkívül a jelenleg létrehozott kísérleti létesítményekben a szabályozott termonukleáris reakció végrehajtására a plazmára ható mágneses mezőt arra használják, hogy egy zsinórba csavarják, amely nem érinti a munkakamra falait. A töltött részecskék körkörös mozgását egyenletes mágneses térben és az ilyen mozgás periódusának a részecskesebességtől való függetlenségét használják a töltött részecskék ciklikus gyorsítóiban - ciklotronok.

1. Elektronsugaras eszközök

Az elektronsugaras eszközök (EBD-k) a vákuumelektronikai eszközök egy osztálya, amelyek egyetlen nyaláb vagy nyaláb formájában koncentrált elektronáramlást használnak, amelyek intenzitása (áram) és térbeli helyzete egyaránt szabályozott, és kölcsönhatásba lépnek a készülék helyhez kötött térbeli célpontja (képernyője). Az ELP fő alkalmazási köre az optikai információ elektromos jelekké történő átalakítása, valamint az elektromos jel fordított irányú átalakítása optikai jellé - például látható televíziós képpé.

A katódsugaras eszközök osztályába nem tartoznak a röntgencsövek, a fotocellák, a fénysokszorozók, a gázkisülési eszközök (dekatronok) és a fogadó és erősítő elektroncsövek (nyaláb tetódák, elektromos vákuumjelzők, másodlagos emissziós lámpák stb.) áramok nyaláb alakja.

Az elektronsugaras eszköz legalább három fő részből áll:

Az elektronikus spotlámpa (pisztoly) elektronsugarat (vagy sugárnyalábot, például három nyalábot egy színes képcsőben) alkot, és szabályozza annak intenzitását (áramát);

Az eltérítő rendszer szabályozza a sugár térbeli helyzetét (eltérése a reflektor tengelyétől);

A vevő ELP célpontja (képernyője) a sugár energiáját a látható kép fényáramává alakítja; az átadó vagy tároló ELP célpontja térbeli potenciál domborzatot halmoz fel, amelyet pásztázó elektronsugár olvas le

Rizs. 1 CRT készülék

A készülék általános elvei.

A CRT hengerben mélyvákuum jön létre. Az elektronsugár létrehozásához egy elektronágyúnak nevezett eszközt használnak. Az izzószál által felmelegített katód elektronokat bocsát ki. A vezérlőelektróda (modulátor) feszültségének megváltoztatásával megváltoztathatja az elektronsugár intenzitását és ennek megfelelően a kép fényerejét. A pisztoly elhagyása után az elektronokat az anód felgyorsítja. Ezután a sugár áthalad egy eltérítési rendszeren, amely megváltoztathatja a sugár irányát. A televíziós CRT-k mágneses eltérítési rendszert használnak, mivel ez nagy eltérítési szögeket biztosít. Az oszcillografikus CRT-k elektrosztatikus eltérítési rendszert használnak, mivel ez nagyobb teljesítményt biztosít. Az elektronsugár eléri a foszforral borított képernyőt. Az elektronok által bombázott fénypor izzik, és egy gyorsan mozgó, változó fényerejű folt képet hoz létre a képernyőn.

2 Tömegspektrometria

Rizs. 2

A Lorentz-erőt tömegspektrográfnak nevezett műszerekben is alkalmazzák, amelyek arra szolgálnak, hogy a töltött részecskéket specifikus töltéseik szerint szétválasszák.

Tömegspektrometria(tömegspektroszkópia, tömegspektrográfia, tömegspektrográfia, tömegspektrometriás analízis) - egy anyag vizsgálati módszere, amely a kérdéses mintakomponensek ionizálása során keletkező ionok tömeg-töltés arányának meghatározásán alapul. Az anyagok minőségi azonosításának egyik leghatékonyabb módja, amely mennyiségi meghatározását is lehetővé teszi. Azt mondhatjuk, hogy a tömegspektrometria a mintában lévő molekulák „mérése”.

A legegyszerűbb tömegspektrográf diagramja a 2. ábrán látható.

Az 1. kamrában, amelyből a levegőt kiszivattyúztuk, egy 3. ionforrás található. A kamra egyenletes mágneses térbe van helyezve, amelynek minden pontjában a B⃗B→ indukció merőleges a rajz síkjára és irányul. us (az 1. ábrán ezt a mezőt körök jelzik). Az A és B elektródák között gyorsító feszültség lép fel, melynek hatására a forrásból kibocsátott ionok felgyorsulnak, és bizonyos sebességgel az indukciós vonalakra merőlegesen lépnek be a mágneses térbe. Mágneses térben körív mentén haladva az ionok a 2 fényképezőlapra esnek, ami lehetővé teszi ennek az ívnek az R sugarának meghatározását. Ismerve a mágneses tér B indukcióját és az ionok υ sebességét, a képlet szerint

(1)

az ionok fajlagos töltése meghatározható. És ha az ion töltése ismert, akkor a tömege kiszámítható.

A tömegspektrometria története J. J. Thomson 20. század eleji magvas kísérleteiig nyúlik vissza. A módszer nevében a „-metria” végződés a töltött részecskék fényképészeti lemezekkel történő detektálásáról az ionáramok elektromos mérésére való széles körben elterjedt átmenet után jelent meg.

A tömegspektrometriát különösen széles körben alkalmazzák szerves anyagok elemzésében, mivel viszonylag egyszerű és összetett molekulák magabiztos azonosítását is lehetővé teszi. Az egyetlen általános követelmény az, hogy a molekula ionizálható legyen. Mostanra azonban feltalálták

A mintakomponensek ionizálásának annyi módja van, hogy a tömegspektrometria szinte mindenre kiterjedő módszernek tekinthető.

3 MHD generátor

Magnetohidrodinamikus generátor, MHD generátor egy olyan erőmű, amelyben a mágneses térben mozgó munkaközeg (folyékony vagy gáznemű elektromosan vezető közeg) energiája közvetlenül elektromos energiává alakul.

Az MHD generátor működési elve a hagyományos gépi generátorokhoz hasonlóan az elektromágneses indukció jelenségén, vagyis a mágneses erővonalakat keresztező vezetőben való áram megjelenésén alapul. A gépi generátorokkal ellentétben az MHD generátorban a vezető maga a munkaközeg.

A munkafolyadék a mágneses téren áthalad, és a mágneses tér hatására ellentétes irányú, ellentétes előjelű töltéshordozók áramlásai keletkeznek.

A Lorentz-erő egy töltött részecskére hat.

A következő közegek szolgálhatnak az MHD generátor munkafolyadékaként:

Az első MHD generátorok elektromosan vezető folyadékokat (elektrolitokat) használtak munkafolyadékként. Jelenleg plazmát használnak, amelyben a töltéshordozók főleg szabad elektronok és pozitív ionok. Mágneses tér hatására a töltéshordozók eltérnek attól a pályától, amely mentén a gáz a tér hiányában mozogna. Ebben az esetben egy erős mágneses térben Hall-mező keletkezhet (lásd Hall-effektus) - elektromos mező, amely a mágneses térre merőleges síkban a töltött részecskék ütközésének és elmozdulásának eredményeként alakul ki.

4 Cyclotron

A ciklotron nem relativisztikus, nehéz töltésű részecskék (protonok, ionok) rezonáns ciklikus gyorsítója, amelyben a részecskék állandó és egyenletes mágneses térben mozognak, gyorsításukra pedig állandó frekvenciájú, nagyfrekvenciás elektromos mezőt használnak.

A ciklotron kapcsolási rajza a 3. ábrán látható. Nehéz töltésű részecskék (protonok, ionok) a kamra közepe közelében lévő injektorból jutnak a kamrába, és a gyorsító elektródákra (kettő van, dee-nek) felgyorsulnak egy fix frekvenciájú váltakozó mező. A Ze töltésű és m tömegű részecskék a részecskék mozgási síkjára merőleges, állandó B intenzitású mágneses térben, egy feltekert spirálban mozognak. A v sebességű részecske pályájának R sugarát a képlet határozza meg

5. ábra. Ciklotron diagram: felülnézet és oldalnézet: 1 - nehéz töltésű részecskék (protonok, ionok) forrása, 2 - gyorsított részecske pályája, 3 -gyorsító elektródák (dees), 4 - gyorsító mező generátor, 5 - elektromágnes.

A nyilak mágneses erővonalakat mutatnak). A felső ábra síkjára merőlegesek

ahol γ = -1/2 a relativisztikus tényező.

(2)

Egy ciklotronban egy nem relativisztikus (γ ≈ 1) részecskének állandó és egyenletes mágneses térben a pálya sugara arányos a sebességgel (1) és a nemrelativisztikus részecske forgási frekvenciájával (a ciklotron frekvenciája nem függ részecske energia

A dee-k közötti résben a részecskéket impulzusos elektromos tér gyorsítja (az üreges fémlapokon belül nincs elektromos tér). Ennek eredményeként nő a pálya energiája és sugara. Az elektromos tér általi gyorsulás minden fordulatnál megismétlésével a pálya energiája és sugara a megengedett legnagyobb értékre kerül. Ebben az esetben a részecskék v = ZeBR/m sebességet és a megfelelő energiát kapnak:

A spirál utolsó fordulatánál az elhajlás elektromos mező, kihozva a gerendát. A mágneses tér állandósága és a gyorsuló tér frekvenciája folyamatos gyorsítást tesz lehetővé. Míg egyes részecskék a spirál külső kanyarulatai mentén mozognak, mások az út közepén vannak, mások pedig csak most kezdenek mozogni.

A ciklotron hátránya, hogy a részecskék lényegében nem relativisztikus energiái korlátozzák, mivel még a nem túl nagy relativisztikus korrekciók is (γ eltérései az egységtől) megzavarják a gyorsulás szinkronját a különböző fordulatoknál, és a jelentősen megnövekedett energiájú részecskéknek már nincs idejük a gyorsuláshoz szükséges elektromos tér fázisában a deek közötti résbe kerülnek . A hagyományos ciklotronokban a protonok 20-25 MeV-ra gyorsíthatók.

A nehéz részecskék feltekercselődő spirális üzemmódban történő felgyorsítására több tízszer nagyobb energiára (akár 1000 MeV-ig) a ciklotron ún. egyidejű(relativisztikus) ciklotron, valamint egy fazotron. Az izokron ciklotronokban a relativisztikus hatásokat a mágneses tér sugárirányú növekedése kompenzálja.

Következtetés

Rejtett szöveg

Írásbeli következtetés (a legalapvetőbb az első szakasz összes albekezdéséhez – cselekvési elvek, meghatározások)

Felhasznált irodalom jegyzéke

Wikipédia [Elektronikus forrás]: Lorentz-erő. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Lorentz_Force

Wikipédia [Elektronikus forrás]: Magnetohidrodinamikus generátor. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Magnetohydrodynamic_generator

Wikipédia [Elektronikus forrás]: Elektronsugaras eszközök. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Electron-beam_devices

Wikipédia [Elektronikus forrás]: Tömegspektrometria. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Tömegspektrometria

Nukleáris fizika az interneten [Elektronikus forrás]: Cyclotron. URL: http://nuclphys.sinp.msu.ru/experiment/accelerators/ciclotron.htm

Elektronikus fizika tankönyv [Elektronikus forrás]: T. A Lorentz-erő alkalmazásai //URL: http://www.physbook.ru/index.php/ T. A Lorentz-erő alkalmazásai

Akadémikus [Elektronikus forrás]: Magnetohidrodinamikus generátor //URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/MAGNETOHYDRODYNAMIC

A mágneses tér mozgó töltött részecskékre gyakorolt hatását a technológia nagyon széles körben alkalmazza.

Például az elektronsugár eltérítését a TV-képcsövekben speciális tekercsek által létrehozott mágneses mező segítségével hajtják végre. Számos elektronikus eszköz mágneses mezőt használ a töltött részecskék sugarának fókuszálására.

A szabályozott termonukleáris reakció végrehajtására jelenleg létrehozott kísérleti létesítményekben a plazmára ható mágneses mezőt egy zsinórba csavarják, amely nem érinti a munkakamra falait. A töltött részecskék körkörös mozgását egyenletes mágneses térben és az ilyen mozgás periódusának a részecskesebességtől való függetlenségét használják a töltött részecskék ciklikus gyorsítóiban - ciklotronok.

A Lorentz-erőt az ún tömegspektrográfok, amelyek a töltött részecskék specifikus töltésük szerinti elkülönítésére szolgálnak.

A legegyszerűbb tömegspektrográf diagramja az 1. ábrán látható.

Az 1. kamrában, amelyből a levegőt kiszivattyúzták, van egy 3. ionforrás. A kamra egyenletes mágneses térbe van helyezve, amelynek minden pontjában az indukció \(~\vec B\) merőleges a a rajzot és felénk irányítva (az 1. ábrán ezt a mezőt körök jelzik) . Az A és B elektródák közé gyorsító feszültséget kapcsolunk, melynek hatására a forrásból kibocsátott ionok felgyorsulnak és bizonyos sebességgel az indukciós vonalakra merőlegesen lépnek be a mágneses térbe. Mágneses térben körívben mozogva az ionok a 2. fotólemezre esnek, ami lehetővé teszi a sugár meghatározását R ezt az ívet. A mágneses tér indukciójának ismerete BAN BENés a sebesség υ ionok, a képlet szerint

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

az ionok fajlagos töltése meghatározható. És ha az ion töltése ismert, akkor a tömege kiszámítható.

Irodalom

Aksenovich L. A. Fizika in Gimnázium: Elmélet. Feladatok. Tesztek: Tankönyv. általános műveltséget nyújtó intézmények támogatása. környezet, oktatás / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Szerk. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - 328. o.