Yang biasa disebut dengan gaya Lorentz. Prinsip umum perangkat

Gaya yang diberikan oleh medan magnet pada partikel bermuatan listrik yang bergerak.

dimana q adalah muatan partikel;

V - kecepatan pengisian daya;

a adalah sudut antara vektor kecepatan muatan dan vektor induksi magnet.

Arah gaya Lorentz ditentukan menurut aturan tangan kiri:

Jika Anda menaruh tangan kiri sehingga komponen vektor induksi yang tegak lurus kecepatan masuk ke telapak tangan, dan keempat jari terletak searah dengan kecepatan gerak muatan positif (atau berlawanan dengan arah kecepatan muatan negatif), maka bengkok ibu jari akan menunjukkan arah gaya Lorentz:

Karena gaya Lorentz selalu tegak lurus terhadap kecepatan muatan, maka gaya tersebut tidak melakukan usaha (yaitu, tidak mengubah nilai kecepatan muatan dan energi kinetiknya).

Jika partikel bermuatan bergerak sejajar garis medan magnet, maka Fl = 0, dan muatan dalam medan magnet bergerak beraturan dan lurus.

Jika sebuah partikel bermuatan bergerak tegak lurus terhadap garis medan magnet, maka gaya Lorentz bersifat sentripetal:

dan menciptakan percepatan sentripetal sama dengan:

Dalam hal ini, partikel bergerak melingkar.

Menurut hukum kedua Newton: gaya Lorentz sama dengan hasil kali massa partikel dan percepatan sentripetal:

maka jari-jari lingkaran:

dan periode revolusi muatan dalam medan magnet:

Karena arus listrik mewakili pergerakan muatan yang teratur, maka aksi medan magnet pada penghantar berarus adalah hasil aksinya terhadap muatan bergerak individu. Jika kita memasukkan konduktor pembawa arus ke dalam medan magnet (Gbr. 96a), kita akan melihat bahwa sebagai akibat dari penambahan medan magnet magnet dan konduktor, medan magnet yang dihasilkan akan meningkat di satu sisi. konduktor (pada gambar di atas) dan medan magnet akan melemah pada sisi konduktor lainnya (pada gambar di bawah). Akibat aksi dua medan magnet, garis magnet akan membengkok dan, mencoba berkontraksi, garis tersebut akan mendorong konduktor ke bawah (Gbr. 96, b).

Arah gaya yang bekerja pada konduktor pembawa arus dalam medan magnet dapat ditentukan dengan “aturan tangan kiri”. Jika tangan kiri diletakkan pada medan magnet maka garis magnet, keluar dari kutub utara, seolah-olah memasuki telapak tangan, dan keempat jari yang terulur bertepatan dengan arah arus pada penghantar, maka jari besar tangan yang ditekuk akan menunjukkan arah gaya. Gaya Ampere yang bekerja pada suatu elemen penghantar yang panjangnya tergantung pada : besarnya induksi magnet B, besarnya arus dalam penghantar I, elemen panjang penghantar dan sinus sudut a antara elemen tersebut. arah elemen panjang konduktor dan arah medan magnet.

Ketergantungan ini dapat dinyatakan dengan rumus:

Untuk konduktor lurus dengan panjang berhingga, ditempatkan tegak lurus terhadap arah medan magnet seragam, gaya yang bekerja pada konduktor akan sama dengan:

Dari rumus terakhir kita menentukan dimensi induksi magnet.

Karena dimensi gaya adalah:

yaitu dimensi induksi sama dengan yang kita peroleh dari hukum Biot dan Savart.

Tesla (satuan induksi magnetik)

Tesla, satuan induksi magnet Sistem internasional unit, setara induksi magnet, tempat fluks magnet melewatinya penampang daerah 1 M 2 sama dengan 1 Weber. Dinamakan setelah N. Tesla. Sebutan: Rusia tl, internasional T.1 tl = 104 gs(gauss).

Torsi magnetik, momen dipol magnet- besaran utama yang mencirikan sifat magnetik suatu zat. Momen magnet diukur dalam A⋅m 2 atau J/T (SI), atau erg/Gs (SGS), 1 erg/Gs = 10 -3 J/T. Satuan spesifik momen magnet dasar adalah magneton Bohr. Dalam kasus rangkaian datar dengan arus listrik, momen magnet dihitung sebagai

dimana adalah kuat arus pada rangkaian, adalah luas rangkaian, adalah vektor satuan yang tegak lurus bidang rangkaian. Arah momen magnet biasanya ditentukan menurut aturan gimlet: jika gagang gimlet diputar searah dengan arus, maka arah momen magnet akan bertepatan dengan arah gerak translasi gimlet.

Untuk loop tertutup sembarang, momen magnet didapat dari:

dimana adalah vektor jari-jari yang ditarik dari titik asal ke elemen panjang kontur

Dalam kasus umum distribusi arus sewenang-wenang dalam suatu medium:

dimana adalah rapat arus dalam elemen volume.

Jadi, torsi bekerja pada rangkaian pembawa arus dalam medan magnet. Kontur diorientasikan pada titik tertentu di lapangan hanya dengan satu cara. Mari kita ambil arah positif dari garis normal menjadi arah medan magnet pada suatu titik tertentu. Torsi berbanding lurus dengan arus SAYA, daerah kontur S dan sinus sudut antara arah medan magnet dan garis normal.

Di Sini M - torsi , atau momen kekuatan , - momen magnetik sirkuit (demikian pula - momen listrik dipol).

Pada bidang tidak homogen (), rumusnya valid jika ukuran outlinenya cukup kecil(maka bidang tersebut dapat dianggap kira-kira seragam di dalam kontur). Akibatnya rangkaian yang berarus masih cenderung berputar sehingga momen magnetnya diarahkan sepanjang garis vektor.

Namun, selain itu, gaya yang dihasilkan bekerja pada rangkaian (dalam kasus medan seragam dan . Gaya ini bekerja pada rangkaian dengan arus atau pada magnet permanen dengan sesaat dan menariknya ke wilayah dengan medan magnet yang lebih kuat.
Usaha menggerakkan suatu rangkaian yang berarus dalam medan magnet.

Mudah untuk membuktikan bahwa usaha yang dilakukan untuk menggerakkan rangkaian berarus dalam medan magnet adalah sama dengan , dimana dan adalah fluks magnet yang melalui daerah kontur pada final dan posisi awal. Rumus ini valid jika arus dalam rangkaian adalah konstan, yaitu Saat menggerakkan rangkaian, fenomena induksi elektromagnetik tidak diperhitungkan.

Rumus ini juga berlaku untuk rangkaian besar dalam medan magnet yang sangat tidak homogen (asalkan saya= konstanta).

Terakhir, jika rangkaian yang berarus tidak dipindahkan, tetapi medan magnetnya diubah, yaitu. ubah fluks magnet melalui permukaan yang ditutupi oleh rangkaian dari nilai menjadi maka untuk ini Anda perlu melakukan pekerjaan yang sama . Usaha ini disebut usaha perubahan fluks magnet yang berhubungan dengan rangkaian. Fluks vektor induksi magnet (fluks magnet) melalui luas dS adalah besaran fisis skalar yang sama dengan

dimana B n =Вcosα adalah proyeksi vektor DI DALAM ke arah garis normal ke situs dS (α adalah sudut antara vektor N Dan DI DALAM), D S= dS N- vektor yang modulusnya sama dengan dS, dan arahnya berimpit dengan arah garis normal N ke situs. Vektor aliran DI DALAM bisa positif atau negatif tergantung pada tanda cosα (ditetapkan dengan memilih arah positif dari normal N). Vektor aliran DI DALAM biasanya dikaitkan dengan rangkaian yang melaluinya arus mengalir. Dalam hal ini, kami menentukan arah positif dari normal ke kontur: ini dikaitkan dengan arus dengan aturan sekrup kanan. Artinya fluks magnet yang ditimbulkan oleh rangkaian melalui permukaan yang dibatasi oleh dirinya sendiri selalu positif.

Fluks vektor induksi magnet B melalui permukaan S yang berubah-ubah adalah sama dengan

(2)

Untuk bidang seragam dan permukaan datar yang letaknya tegak lurus terhadap vektor DI DALAM, B n =B=konstanta dan

Rumus ini memberikan satuan fluks magnet weber(Wb): 1 Wb adalah fluks magnet yang melewati permukaan datar seluas 1 m 2 yang letaknya tegak lurus medan magnet seragam dan induksinya 1 T (1 Wb = 1 T.m 2).

Teorema Gauss untuk bidang B: fluks vektor induksi magnet yang melalui suatu permukaan tertutup adalah nol:

(3)

Teorema ini merupakan cerminan dari fakta itu tidak ada muatan magnet, akibatnya garis-garis induksi magnet tidak memiliki awal atau akhir dan tertutup.

Oleh karena itu, untuk aliran vektor DI DALAM Dan E melalui permukaan tertutup di pusaran dan medan potensial, diperoleh rumus yang berbeda.

Sebagai contoh, mari kita cari aliran vektor DI DALAM melalui solenoid. Induksi magnet medan seragam di dalam solenoida dengan inti dengan permeabilitas magnet adalah sama dengan

Fluks magnet yang melalui satu putaran solenoida dengan luas S adalah sama dengan

dan fluks magnet total yang dihubungkan ke semua lilitan solenoid dan disebut hubungan fluks,

Selain gaya Ampere, interaksi Coulomb, dan medan elektromagnetik, konsep gaya Lorentz sering dijumpai dalam fisika. Fenomena ini merupakan salah satu fenomena mendasar dalam bidang teknik elektro dan elektronika, dan lain-lain. Ini mempengaruhi muatan yang bergerak dalam medan magnet. Pada artikel ini kita akan membahas secara singkat dan jelas apa itu gaya Lorentz dan di mana penerapannya.

Definisi

Ketika elektron bergerak sepanjang konduktor, medan magnet muncul di sekitarnya. Pada saat yang sama, jika Anda menempatkan konduktor dalam medan magnet transversal dan menggerakkannya, ggl induksi elektromagnetik akan timbul. Jika arus mengalir melalui suatu penghantar yang terletak dalam medan magnet, maka gaya Ampere akan bekerja padanya.

Nilainya tergantung pada arus yang mengalir, panjang penghantar, besarnya vektor induksi magnet dan sinus sudut antara garis medan magnet dan penghantar. Itu dihitung menggunakan rumus:

Gaya yang dipertimbangkan sebagian mirip dengan gaya yang dibahas di atas, tetapi gaya ini tidak bekerja pada konduktor, tetapi pada partikel bermuatan yang bergerak dalam medan magnet. Rumusnya terlihat seperti:

Penting! Gaya Lorentz (Fl) bekerja pada elektron yang bergerak dalam medan magnet, dan pada konduktor - Ampere.

Dari kedua rumus tersebut jelas bahwa dalam kasus pertama dan kedua, semakin dekat sinus sudut alfa ke 90 derajat, semakin besar pengaruhnya terhadap konduktor atau muatan masing-masing sebesar Fa atau Fl.

Jadi, gaya Lorentz tidak mencirikan perubahan kecepatan, tetapi pengaruh medan magnet pada elektron bermuatan atau ion positif. Saat terkena mereka, Fl tidak melakukan pekerjaan apapun. Oleh karena itu, yang berubah adalah arah kecepatan partikel bermuatan, dan bukan besarnya.

Adapun satuan pengukuran gaya Lorentz, seperti halnya gaya-gaya lain dalam fisika, digunakan besaran seperti Newton. Komponennya:

Bagaimana gaya Lorentz diarahkan?

Untuk menentukan arah gaya Lorentz, seperti halnya gaya Ampere, berlaku aturan tangan kiri. Artinya, untuk mengetahui ke mana arah nilai Fl, Anda perlu membuka telapak tangan kiri agar garis-garis induksi magnet masuk ke tangan Anda, dan keempat jari yang terjulur menunjukkan arah vektor kecepatan. Kemudian ibu jari yang ditekuk tegak lurus terhadap telapak tangan menunjukkan arah gaya Lorentz. Pada gambar di bawah ini Anda dapat melihat cara menentukan arah.

Perhatian! Arah aksi Lorentz tegak lurus terhadap gerak partikel dan garis induksi magnet.

Dalam hal ini, lebih tepatnya, untuk partikel bermuatan positif dan negatif, arah keempat jari yang terbuka itu penting. Aturan tangan kiri yang dijelaskan di atas dirumuskan untuk partikel positif. Jika bermuatan negatif, maka garis-garis induksi magnet tidak mengarah ke telapak tangan yang terbuka, melainkan ke arah punggungnya, dan arah vektor Fl akan berlawanan.

Sekarang kami akan memberi tahu dengan kata-kata sederhana, apa yang diberikan fenomena ini kepada kita dan apa dampak nyatanya terhadap tuduhan tersebut. Mari kita asumsikan bahwa elektron bergerak pada bidang yang tegak lurus terhadap arah garis induksi magnet. Telah kami sebutkan bahwa Fl tidak mempengaruhi kecepatan, tetapi hanya mengubah arah pergerakan partikel. Maka gaya Lorentz akan menimbulkan efek sentripetal. Hal ini tercermin pada gambar di bawah ini.

Aplikasi

Dari semua area yang menggunakan gaya Lorentz, salah satu yang terbesar adalah pergerakan partikel di medan magnet bumi. Jika kita menganggap planet kita sebagai magnet besar, maka partikel-partikel itu terletak di dekat bagian utara kutub magnet, lakukan gerakan dipercepat secara spiral. Akibatnya, mereka bertabrakan dengan atom dari atmosfer bagian atas, dan kita melihat cahaya utara.

Namun, ada kasus lain dimana fenomena ini berlaku. Misalnya:

Tabung sinar katoda. Dalam sistem defleksi elektromagnetiknya. CRT telah digunakan selama lebih dari 50 tahun berturut-turut berbagai perangkat, mulai dari osiloskop paling sederhana hingga televisi bentuk yang berbeda dan ukuran. Anehnya, dalam hal reproduksi warna dan bekerja dengan grafis, beberapa masih menggunakan monitor CRT.
Mesin listrik – generator dan motor. Meskipun gaya Ampere lebih mungkin beraksi di sini. Tetapi besaran-besaran ini dapat dianggap berdekatan. Namun, ini adalah perangkat kompleks yang selama pengoperasiannya dipengaruhi oleh banyak fenomena fisik.
Dalam akselerator partikel bermuatan untuk mengatur orbit dan arahnya.

Kesimpulan

Mari kita rangkum dan uraikan empat poin utama artikel ini dalam bahasa sederhana:

Gaya Lorentz bekerja pada partikel bermuatan yang bergerak dalam medan magnet. Ini mengikuti rumus dasar.
Hal ini berbanding lurus dengan kecepatan partikel bermuatan dan induksi magnet.
Tidak mempengaruhi kecepatan partikel.
Mempengaruhi arah partikel.

Perannya cukup besar di bidang “listrik”. Seorang spesialis tidak boleh melupakan informasi teoretis dasar tentang hukum fisika dasar. Ilmu ini akan bermanfaat, begitu juga bagi mereka yang bergelut karya ilmiah, desain dan hanya untuk pengembangan umum.

Sekarang Anda tahu apa itu gaya Lorentz, apa persamaannya, dan bagaimana pengaruhnya terhadap partikel bermuatan. Jika Anda memiliki pertanyaan, tanyakan di komentar di bawah artikel!

Bahan

Hukum Dasar Dinamika. Hukum Newton - pertama, kedua, ketiga. Prinsip relativitas Galileo. Hukum gravitasi universal. Gaya berat. Kekuatan elastis. Berat. Gaya gesekan - diam, meluncur, menggelinding + gesekan pada zat cair dan gas.

Kinematika. Konsep dasar. Gerak lurus beraturan. Gerak dipercepat beraturan. Gerakan seragam dalam lingkaran. Sistem referensi. Lintasan, perpindahan, lintasan, persamaan gerak, kecepatan, percepatan, hubungan kecepatan linier dan sudut.

Mekanisme sederhana. Tuas (tuas jenis pertama dan tuas jenis kedua). Blok (blok tetap dan blok bergerak). Bidang miring. Tekan hidrolik. Aturan emas mekanika

Hukum kekekalan dalam mekanika. Usaha mekanik, daya, energi, hukum kekekalan momentum, hukum kekekalan energi, kesetimbangan zat padat

Gerakan melingkar. Persamaan gerak dalam lingkaran. Kecepatan sudut. Normal = percepatan sentripetal. Periode, frekuensi peredaran (rotasi). Hubungan antara kecepatan linier dan sudut

Getaran mekanis. Getaran bebas dan paksa. Getaran harmonik. Getaran elastis. Pendulum matematika. Transformasi energi selama osilasi harmonik

Gelombang mekanis. Kecepatan dan panjang gelombang. Persamaan gelombang berjalan. Fenomena gelombang (difraksi, interferensi...)

Mekanika fluida dan aeromekanik. Tekanan, tekanan hidrostatik. hukum Pascal. Persamaan dasar hidrostatika. Kapal komunikasi. hukum Archimedes. Kondisi berlayar tel. Aliran fluida. hukum Bernoulli. rumus toricelli

Fisika molekuler. Ketentuan dasar TIK. Konsep dan rumus dasar. Sifat-sifat gas ideal. Persamaan dasar MKT. Suhu. Persamaan keadaan gas ideal. Persamaan Mendeleev-Clayperon. Hukum gas - isoterm, isobar, isokore

Optik gelombang. Teori cahaya gelombang partikel. Sifat gelombang cahaya. Dispersi cahaya. Interferensi cahaya. Prinsip Huygens-Fresnel. Difraksi cahaya. Polarisasi cahaya

Termodinamika. Energi dalam. Pekerjaan. Jumlah panas. Fenomena termal. Hukum pertama termodinamika. Penerapan hukum pertama termodinamika pada berbagai proses. Persamaan keseimbangan termal. Hukum kedua termodinamika. Mesin panas

Elektrostatika. Konsep dasar. Muatan listrik. Hukum kekekalan muatan listrik. hukum Coulomb. Prinsip superposisi. Teori aksi jarak pendek. Potensi medan listrik. Kapasitor.

Arus listrik konstan. Hukum Ohm untuk suatu bagian rangkaian. Operasi dan daya DC. hukum Joule-Lenz. Hukum Ohm untuk rangkaian lengkap. Hukum elektrolisis Faraday. Sirkuit listrik - koneksi serial dan paralel. aturan Kirchhoff.

Getaran elektromagnetik. Osilasi elektromagnetik bebas dan paksa. Rangkaian osilasi. Arus listrik bolak-balik. Kapasitor pada rangkaian arus bolak-balik. Sebuah induktor (“solenoid”) dalam rangkaian arus bolak-balik.

Gelombang elektromagnetik. Konsep gelombang elektromagnetik. Sifat gelombang elektromagnetik. Fenomena gelombang

Anda di sini sekarang: Medan magnet. Vektor induksi magnetik. Aturan gimlet. Hukum Ampere dan gaya Ampere. gaya Lorentz. Aturan tangan kiri. Induksi elektromagnetik, fluks magnet, aturan Lenz, hukum induksi elektromagnetik, induksi diri, energi medan magnet

Fisika kuantum. hipotesis Planck. Fenomena efek fotolistrik. persamaan Einstein. Foton. Postulat kuantum Bohr.

Elemen teori relativitas. Postulat teori relativitas. Relativitas simultanitas, jarak, interval waktu. Hukum relativistik penambahan kecepatan. Ketergantungan massa pada kecepatan. Hukum dasar dinamika relativistik...

Kesalahan pengukuran langsung dan tidak langsung. Kesalahan absolut dan relatif. Kesalahan sistematis dan acak. Standar deviasi (kesalahan). Tabel untuk menentukan kesalahan pengukuran tidak langsung berbagai fungsi.

KEMENTERIAN PENDIDIKAN DAN PENGETAHUAN

FEDERASI RUSIA

LEMBAGA PENDIDIKAN PROFESIONAL TINGGI ANGGARAN NEGARA FEDERAL

"UNVERSITAS NEGERI KURGAN"

ABSTRAK

Dalam mata pelajaran "Fisika" Topik: "Penerapan gaya Lorentz"

Diselesaikan oleh: Siswa kelompok T-10915 Logonova M.V.

Guru Vorontsov B.S.

Kurgan 2016

Pendahuluan 3

1. Penggunaan gaya Lorentz 4

1.1. Perangkat berkas elektron4

1.2 Spektrometri massa 5

1.3 pembangkit MHD 7

1.4 Siklotron 8

Kesimpulan 10

Referensi 11

Perkenalan

gaya Lorentz- gaya medan elektromagnetik, menurut elektrodinamika klasik (non-kuantum), bekerja pada partikel bermuatan titik. Kadang-kadang gaya Lorentz disebut gaya yang bekerja pada benda bergerak dengan kecepatan υ mengenakan biaya Q hanya dari sisi medan magnet, seringkali dengan kekuatan penuh - dari sisi medan elektromagnetik secara umum, dengan kata lain, dari sisi medan listrik E tidak magnetis B bidang.

Dalam Satuan Sistem Internasional (SI) dinyatakan sebagai:

F L = Qυ B dosa α

Namanya diambil dari nama fisikawan Belanda Hendrik Lorentz, yang memperoleh ungkapan gaya ini pada tahun 1892. Tiga tahun sebelum Lorenz, ungkapan yang benar ditemukan oleh O. sisi berat.

Manifestasi makroskopis gaya Lorentz adalah gaya Ampere.

Menggunakan gaya Lorentz

Pengaruh medan magnet pada partikel bermuatan yang bergerak sangat banyak digunakan dalam teknologi.

Penerapan utama gaya Lorentz (lebih tepatnya, kasus khususnya - gaya Ampere) adalah mesin listrik (motor listrik dan generator). Gaya Lorentz banyak digunakan pada perangkat elektronik untuk mempengaruhi partikel bermuatan (elektron dan terkadang ion), misalnya pada televisi tabung sinar katoda, V spektrometri massa Dan generator MHD.

Selain itu, dalam instalasi eksperimental yang saat ini dibuat untuk melakukan reaksi termonuklir terkendali, aksi medan magnet pada plasma digunakan untuk memelintirnya menjadi kabel yang tidak menyentuh dinding ruang kerja. Gerak melingkar partikel bermuatan dalam medan magnet seragam dan independensi periode gerak tersebut terhadap kecepatan partikel digunakan dalam akselerator siklik partikel bermuatan - siklotron.

1. Perangkat berkas elektron

Perangkat berkas elektron (EBD) adalah golongan perangkat elektronik vakum yang menggunakan aliran elektron, terkonsentrasi dalam bentuk berkas tunggal atau berkas berkas, yang dikontrol intensitas (arus) dan posisinya dalam ruang, serta berinteraksi dengan target spasial stasioner (layar) perangkat. Area utama penerapan ELP adalah konversi informasi optik menjadi sinyal listrik dan konversi kebalikan dari sinyal listrik menjadi sinyal optik - misalnya, menjadi gambar televisi yang terlihat.

Golongan alat sinar katoda tidak termasuk tabung sinar-X, fotosel, fotomultiplier, alat pelepasan gas (dekatron) dan tabung penerima dan penguat elektron (beam tetroda, indikator vakum listrik, lampu dengan emisi sekunder, dan lain-lain) dengan a bentuk pancaran arus.

Perangkat berkas elektron setidaknya terdiri dari tiga bagian utama:

Lampu sorot elektronik (pistol) membentuk berkas elektron (atau seberkas sinar, misalnya tiga berkas dalam tabung gambar berwarna) dan mengontrol intensitasnya (arus);

Sistem defleksi mengontrol posisi spasial balok (penyimpangannya dari sumbu lampu sorot);

Target (layar) ELP penerima mengubah energi sinar menjadi fluks cahaya dari gambar yang terlihat;

target ELP yang mentransmisikan atau menyimpan mengumpulkan potensi relief spasial, dibaca oleh berkas elektron pemindaian

Beras. 1 perangkat CRT

Prinsip umum perangkat.

Kekosongan yang dalam tercipta di dalam silinder CRT. Untuk membuat berkas elektron, digunakan alat yang disebut senjata elektron. Katoda, yang dipanaskan oleh filamen, memancarkan elektron. Dengan mengubah tegangan pada elektroda kontrol (modulator), Anda dapat mengubah intensitas berkas elektron dan, karenanya, kecerahan gambar. Setelah keluar dari pistol, elektron dipercepat oleh anoda. Selanjutnya balok melewati sistem defleksi yang dapat mengubah arah balok. Televisi CRT menggunakan sistem defleksi magnetik karena memberikan sudut defleksi yang besar. CRT osilografik menggunakan sistem defleksi elektrostatik karena memberikan kinerja yang lebih baik. Berkas elektron mengenai layar yang dilapisi fosfor. Dibombardir oleh elektron, fosfor bersinar dan titik yang bergerak cepat dengan kecerahan bervariasi menciptakan gambar di layar.

2 Spektrometri massa

Beras. 2

Spektrometri massa(spektroskopi massa, spektrografi massa, analisis spektral massa, analisis spektrometri massa) - metode untuk mempelajari suatu zat berdasarkan penentuan rasio massa terhadap muatan ion yang terbentuk selama ionisasi komponen sampel yang diinginkan. Salah satu cara paling ampuh untuk mengidentifikasi zat secara kualitatif, yang juga memungkinkan penentuan kuantitatif. Kita dapat mengatakan bahwa spektrometri massa adalah “penimbangan” molekul dalam suatu sampel.

Diagram spektograf massa paling sederhana ditunjukkan pada Gambar 2.

Di dalam ruang 1, tempat udara dipompa keluar, terdapat sumber ion 3. Ruang tersebut ditempatkan dalam medan magnet seragam, pada setiap titik di mana induksi B⃗B→ tegak lurus terhadap bidang gambar dan diarahkan ke arah kami (pada Gambar 1 bidang ini ditandai dengan lingkaran). Tegangan percepatan diterapkan antara elektroda A dan B, di bawah pengaruh ion-ion yang dipancarkan dari sumber dipercepat dan pada kecepatan tertentu memasuki medan magnet yang tegak lurus terhadap garis induksi. Bergerak dalam medan magnet sepanjang busur lingkaran, ion-ion jatuh pada pelat fotografi 2, yang memungkinkan untuk menentukan jari-jari R busur ini. Mengetahui induksi medan magnet B dan kecepatan ion, sesuai rumus

(1)

muatan spesifik ion dapat ditentukan. Dan jika muatan ion diketahui, massanya dapat dihitung.

Sejarah spektrometri massa berawal dari eksperimen penting J. J. Thomson pada awal abad ke-20. Akhiran “-metri” pada nama metode ini muncul setelah transisi luas dari mendeteksi partikel bermuatan menggunakan pelat fotografi ke pengukuran listrik arus ion.

Spektrometri massa banyak digunakan dalam analisis zat organik, karena spektrometri massa memberikan identifikasi yang pasti terhadap molekul yang relatif sederhana dan kompleks. Satu-satunya persyaratan umum adalah molekul tersebut dapat terionisasi. Namun, saat ini sudah ditemukan

Ada begitu banyak cara untuk mengionisasi komponen sampel sehingga spektrometri massa dapat dianggap sebagai metode yang mencakup semua hal.

3 pembangkit MHD

Generator magnetohidrodinamik, generator MHD merupakan pembangkit listrik dimana energi suatu fluida kerja (media penghantar listrik cair atau gas) yang bergerak dalam medan magnet diubah langsung menjadi energi listrik.

Prinsip pengoperasian generator MHD, seperti halnya generator mesin konvensional, didasarkan pada fenomena induksi elektromagnetik, yaitu terjadinya arus pada suatu penghantar yang melintasi garis-garis medan magnet. Berbeda dengan generator mesin, konduktor pada generator MHD adalah fluida kerja itu sendiri.

Fluida kerja bergerak melintasi medan magnet, dan di bawah pengaruh medan magnet, timbul aliran pembawa muatan yang berlawanan arah dengan tanda yang berlawanan.

Gaya Lorentz bekerja pada partikel bermuatan.

Media berikut ini dapat berfungsi sebagai fluida kerja generator MHD:

Generator MHD pertama menggunakan cairan penghantar listrik (elektrolit) sebagai fluida kerjanya. Saat ini, plasma digunakan di mana pembawa muatannya sebagian besar adalah elektron bebas dan ion positif. Di bawah pengaruh medan magnet, pembawa muatan menyimpang dari lintasan pergerakan gas tanpa adanya medan. Dalam hal ini, dalam medan magnet yang kuat, medan Hall dapat timbul (lihat efek Hall) - medan listrik yang terbentuk sebagai akibat tumbukan dan perpindahan partikel bermuatan pada bidang yang tegak lurus terhadap medan magnet.

4 Siklotron

Siklotron adalah akselerator siklik resonansi partikel bermuatan berat non-relativistik (proton, ion), di mana partikel bergerak dalam medan magnet yang konstan dan seragam, dan medan listrik frekuensi tinggi dengan frekuensi konstan digunakan untuk mempercepatnya.

Diagram rangkaian siklotron ditunjukkan pada Gambar 3. Partikel bermuatan berat (proton, ion) memasuki ruangan dari injektor di dekat pusat ruangan dan dipercepat oleh medan bolak-balik dengan frekuensi tetap yang diterapkan pada elektroda percepatan (ada dua di antaranya dan disebut dees). Partikel dengan muatan Ze dan massa m bergerak dalam medan magnet konstan dengan intensitas B, diarahkan tegak lurus terhadap bidang gerak partikel, dalam spiral yang tidak berliku. Jari-jari R lintasan suatu partikel yang mempunyai kecepatan v ditentukan oleh rumus

Gambar.5. Diagram siklotron: tampak atas dan samping: 1 - -sumber partikel bermuatan berat (proton, ion), 2 orbit partikel yang dipercepat, 3 - -elektroda percepatan (dees), 4 - mempercepat generator medan, 5

elektromagnet. Panah menunjukkan garis medan magnet). Mereka tegak lurus terhadap bidang gambar teratas

dimana γ = -1/2 adalah faktor relativistik.

(2)

Dalam siklotron, untuk partikel nonrelativistik (γ ≈ 1) dalam medan magnet konstan dan seragam, jari-jari orbital sebanding dengan kecepatan (1), dan frekuensi rotasi partikel nonrelativistik (frekuensi siklotron tidak bergantung pada energi partikel

Di celah antara dee, partikel dipercepat oleh medan listrik yang berdenyut (tidak ada medan listrik di dalam dee logam berongga). Akibatnya, energi dan radius orbit bertambah. Dengan mengulangi percepatan medan listrik pada setiap putaran, energi dan jari-jari orbit dibawa ke nilai maksimum yang diizinkan. Dalam hal ini, partikel memperoleh kecepatan v = ZeBR/m dan energi yang sesuai:

Pada putaran terakhir spiral, terjadi defleksi medan listrik, mengeluarkan sinarnya. Keteguhan medan magnet dan frekuensi medan percepatan memungkinkan percepatan terus menerus. Sementara beberapa partikel bergerak di sepanjang putaran luar spiral, yang lain berada di tengah-tengah jalur, dan yang lainnya baru mulai bergerak.

Kerugian dari siklotron adalah keterbatasan energi partikel yang pada dasarnya non-relativistik, karena koreksi relativistik yang tidak terlalu besar (penyimpangan dari kesatuan) mengganggu sinkronisasi percepatan pada putaran yang berbeda dan partikel dengan energi yang meningkat secara signifikan tidak lagi punya waktu untuk berakhir di celah antara dees dalam fase medan listrik yang diperlukan untuk percepatan . Dalam siklotron konvensional, proton dapat dipercepat hingga 20-25 MeV.

Untuk mempercepat partikel berat dalam mode spiral yang tidak berliku ke energi puluhan kali lebih tinggi (hingga 1000 MeV), modifikasi siklotron disebut isokron(relativistik) siklotron, serta fasotron. Dalam siklotron isokron, efek relativistik dikompensasi oleh peningkatan medan magnet secara radial.

Kesimpulan

Teks tersembunyi

Kesimpulan tertulis (yang paling mendasar untuk semua subparagraf di bagian pertama - prinsip operasi, definisi)

Daftar literatur bekas

Wikipedia [Sumber daya elektronik]: Kekuatan Lorentz. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Lorentz_Force

Wikipedia [Sumber daya elektronik]: Generator magnetohidrodinamik. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Magnetohydrodynamic_generator

Wikipedia [Sumber daya elektronik]: Perangkat berkas elektron. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Electron-beam_devices

Wikipedia [Sumber daya elektronik]: Spektrometri massa.

URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Spektrometri massa

Fisika nuklir di Internet [Sumber daya elektronik]: Cyclotron. URL: http://nuclphys.sinp.msu.ru/experiment/accelerators/ciclotron.htm

Akademisi [Sumber daya elektronik]: Generator magnetohidrodinamik //URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/MAGNETOHYDRODYNAMIC

Pengaruh medan magnet pada partikel bermuatan yang bergerak sangat banyak digunakan dalam teknologi.

Misalnya, pembelokan berkas elektron pada tabung gambar televisi dilakukan dengan menggunakan medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan khusus. Sejumlah perangkat elektronik menggunakan medan magnet untuk memfokuskan berkas partikel bermuatan.

Dalam instalasi eksperimental yang saat ini dibuat untuk melakukan reaksi termonuklir terkendali, aksi medan magnet pada plasma digunakan untuk memelintirnya menjadi kabel yang tidak menyentuh dinding ruang kerja. Gerak melingkar partikel bermuatan dalam medan magnet seragam dan independensi periode gerak tersebut terhadap kecepatan partikel digunakan dalam akselerator siklik partikel bermuatan - siklotron.

Gaya Lorentz juga digunakan pada perangkat yang disebut spektograf massa, yang dirancang untuk memisahkan partikel bermuatan menurut muatan spesifiknya.

Diagram spektograf massa paling sederhana ditunjukkan pada Gambar 1.

Dalam ruang 1, tempat udara dipompa keluar, terdapat sumber ion 3. Ruang tersebut ditempatkan dalam medan magnet seragam, pada setiap titik di mana induksi \(~\vec B\) tegak lurus terhadap bidang gambar dan diarahkan ke kita (pada Gambar 1 bidang ini ditandai dengan lingkaran) . Tegangan percepatan diterapkan antara elektroda A dan B, di bawah pengaruh ion-ion yang dipancarkan dari sumber dipercepat dan pada kecepatan tertentu memasuki medan magnet yang tegak lurus terhadap garis induksi. Bergerak dalam medan magnet dalam busur lingkaran, ion-ion jatuh pada pelat fotografi 2, yang memungkinkan untuk menentukan jari-jari R busur ini. Mengetahui induksi medan magnet DI DALAM dan kecepatan υ ion, sesuai dengan rumus

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

muatan spesifik ion dapat ditentukan. Dan jika muatan ion diketahui, massanya dapat dihitung.

Literatur

Aksenovich L. A. Fisika di sekolah menengah atas: Teori. Tugas. Tes: Buku Ajar. tunjangan bagi lembaga penyelenggara pendidikan umum. lingkungan hidup, pendidikan / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K.S.Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - Hal.328.