อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้ามีพฤติกรรมอย่างไรในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก?

อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้ามีพฤติกรรมอย่างไรในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก?
อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้ามีพฤติกรรมอย่างไรในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก?
Anonim

อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าคืออนุภาคที่มีประจุบวกหรือลบ อาจเป็นได้ทั้งอะตอม โมเลกุล และอนุภาคมูลฐาน เมื่ออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าอยู่ในสนามไฟฟ้า แรงคูลอมบ์จะกระทำกับอนุภาคนั้น ค่าของแรงนี้ หากทราบค่าความแรงของสนาม ณ จุดใดจุดหนึ่ง คำนวณโดยสูตรต่อไปนี้: F=qE

งั้น,

อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า
อนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า

เราพิจารณาแล้วว่าอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าซึ่งอยู่ในสนามไฟฟ้าเคลื่อนที่ภายใต้อิทธิพลของแรงคูลอมบ์

ลองนึกถึงฮอลเอฟเฟกต์ดูสิ จากการทดลองพบว่าสนามแม่เหล็กมีผลต่อการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุ การเหนี่ยวนำแม่เหล็กมีค่าเท่ากับแรงสูงสุดที่ส่งผลต่อความเร็วการเคลื่อนที่ของอนุภาคดังกล่าวจากสนามแม่เหล็ก อนุภาคที่มีประจุจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วของหน่วย ถ้าอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าบินเข้าไปในสนามแม่เหล็กด้วยความเร็วที่กำหนด แรงที่กระทำที่ด้านข้างของสนามจะเป็นตั้งฉากกับความเร็วของอนุภาคและดังนั้น กับเวกเตอร์การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก: F=q[v, B] เนื่องจากแรงที่กระทำต่ออนุภาคนั้นตั้งฉากกับความเร็วของการเคลื่อนที่ ความเร่งที่เกิดจากแรงนี้จึงตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ด้วย จึงเป็นความเร่งปกติ ดังนั้นวิถีการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงจะโค้งงอเมื่ออนุภาคที่มีประจุเข้าสู่สนามแม่เหล็ก หากอนุภาคลอยขนานกับเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก สนามแม่เหล็กจะไม่ทำปฏิกิริยากับอนุภาคที่มีประจุ ถ้ามันบินในแนวตั้งฉากกับเส้นเหนี่ยวนำแม่เหล็ก แรงที่กระทำกับอนุภาคจะสูงสุด

การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุ
การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุ

ตอนนี้ เรามาเขียนกฎข้อ II ของนิวตันกัน: qvB=mv2/R หรือ R=mv/qB โดยที่ m คือมวลของอนุภาคที่มีประจุ และ R คือ รัศมีของวิถี จากสมการนี้ทำให้อนุภาคเคลื่อนที่เป็นสนามสม่ำเสมอตามวงกลมรัศมี ดังนั้นระยะเวลาของการปฏิวัติของอนุภาคที่มีประจุในวงกลมจึงไม่ขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่ ควรสังเกตว่าอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าในสนามแม่เหล็กมีพลังงานจลน์คงที่ เนื่องจากแรงตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ของอนุภาค ณ จุดใดๆ ของวิถีโคจร แรงของสนามแม่เหล็กที่กระทำต่ออนุภาคจึงไม่ทำงานที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุ

การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุในสนามแม่เหล็ก
การเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุในสนามแม่เหล็ก

ทิศทางของแรงที่กระทำต่อการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุในสนามแม่เหล็กสามารถกำหนดได้โดยใช้ "กฎมือซ้าย" เมื่อต้องการทำเช่นนี้ คุณต้องวางฝ่ามือซ้ายดังนั้นเพื่อให้นิ้วทั้งสี่ระบุทิศทางความเร็วของการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่มีประจุ และเส้นการเหนี่ยวนำแม่เหล็กจะชี้ไปที่กึ่งกลางฝ่ามือ ซึ่งในกรณีนี้ นิ้วหัวแม่มือที่งอเป็นมุม 90 องศาจะแสดงทิศทางของ แรงที่กระทำต่ออนุภาคที่มีประจุบวก ในกรณีที่อนุภาคมีประจุลบ ทิศทางของแรงจะตรงกันข้าม

หากอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าเข้าไปในบริเวณการทำงานร่วมกันของสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า แรงที่เรียกว่าแรงลอเรนซ์จะกระทำกับมัน: F=qE + q[v, B] เทอมแรกหมายถึงส่วนประกอบทางไฟฟ้า และคำที่สอง - หมายถึงส่วนประกอบแม่เหล็ก