![]() КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Магнитные моменты электронов и атомов.Опыт показывает, что магнитное поле действует не только на проводники с током, но и на отдельные заряды, движущиеся в магнитном поле. Сила, действующая на заряд q ,движущийся в магнитном поле Опытным путем установлено, что
Для отрицательных зарядов берется противоположное направление. Сила Лоренца всегда направлена перпендикулярно скорости заряда Если на движущийся электрический заряд помимо магнитного поля действует и электрическое поле напряженностью
1. Движение заряженной частицы вдоль силовой линии,
магнитное поле не действует на частицу. Заряженная частица движется по инерции равномерно прямолинейно.
Пусть в однородное магнитное поле с индукцией В каждой точке поля на частицу действует Согласно II закону Ньютона:
Т.к. все величины, входящие в правую часть выражения (2), постоянны, радиус кривизны R меняться не будет. Постоянный радиус кривизны имеет только окружность. Следовательно, движение заряда в плоскости, перпендикулярной магнитному полю, будет происходить по окружности. Чем больше Важным результатом является тот факт, что период обращения заряда в однородном магнитном поле не зависит от его скорости.
Частицы, имеющие бóльшую скорость, движутся по окружности бóльшего радиуса, однако время одного полного оборота будет таким же, что и для более медленных частиц, движущихся по окружности меньшего радиуса. Данный результат положен в основу действия циклических ускорителей элементарных частиц.
В направлении Радиус витка с учетом (2):
Шаг винтовой линии (расстояние между соседними витками) с учетом (3):
Если движение происходит в неоднородном магнитном поле, индукция которого возрастает в направлении движения частицы (рис. 13), то R уменьшается с ростом Рассмотренный принцип положен в основу действия электронных микроскопов.
Ускорители заряженных частиц - устройства, в которых создаются управляемые пучки высокоэнергетических заряженных частиц под действием электрических и магнитных полей. Свойство независимости периода от скорости обращения используют для того, чтобы превратить траекторию ускоряемой частицы в спираль и уменьшить размеры ускорителя. Такой принцип положен в основу работы циклотрона - родоначальника целого семейства ускорителей с магнитным полем: синхротрона, синхрофазотрона и т.д.
При каждом пересечении зазора частица приобретает энергию Бóльшая энергия в циклотроне не может быть достигнута из-за релятивистских эффектов. В этом случае применяют принцип автофазировки, предложеный советским физиком Векслером (1944 г.) и американским физиком Мак-Милланом (1945 г.). В синхроциклотронах (фазотронах) медленно уменьшается частота подаваемого напряжения. В синхротронах меняется индукция магнитного поля
Магнитные моменты электронов и атомов. Опыт показывает, что все вещества являются магнетиками, т.е. способны под действием внешнего магнитного поля создавать собственное, внутреннее магнитное поле (приобретать собственный магнитный момент, намагничиваться). Для объяснения намагничивания тел Ампер предположил, что в молекулах веществ циркулируют круговые молекулярные токи. Каждый такой микроток Ii имеет собственный магнитный момент Рассмотрим причину этого явления с точки зрения строения атомов на основе планетарной модели атома. Согласно Резерфорду, в центре атома располагается положительно заряженное ядро, вокруг которого по стационарным орбитам вращаются отрицательно заряженные электроны. Электрон, движущийся по круговой орбите вокруг ядра, можно рассматривать как круговой ток (микроток). Поскольку за направление тока условно принято направление движения положительных зарядов, а заряд электрона отрицательный, направление микротока противоположно направлению движения электрона (рис.2). Величину микротока Ie можно определить следующим образом. Если за время t электрон совершил N оборотов вокруг ядра, то через площадку, расположенную в любом месте на пути электрона, был перенесен заряд Согласно определению силы тока, где Если ток I течет по замкнутому контуру, то такой контур обладает магнитным моментом, модуль которого равен
где S - площадь, ограниченная контуром. Для микротока такой площадью является площадь орбиты S = p r2 (r - радиус орбиты), а его магнитный момент равен где w = 2pn - циклическая частота, Момент Магнитный момент pm, которым обладает электрон вследствие своего движения по орбите, называется орбитальным магнитным моментом электрона. Направление вектора Как всякая материальная точка, движущаяся по окружности, электрон обладает моментом импульса:
Момент импульса L, которым обладает электрон вследствие своего движения по орбите, называется орбитальным механическим моментом. Он образует правовинтовую систему с направлением движения электрона. Как видно из рис.2, направления векторов Оказалось, что, кроме орбитальных моментов (т.е. обусловленных движением по орбите), электрон обладает собственными механическим Первоначально существование В настоящее время установлено, что спин электрона и связанный с ним собственный (спиновый) магнитный момент являются неотъемлемым свойством электрона, подобно его заряду и массе. Магнитный момент электрона в атоме складывается из орбитального и спинового моментов:
Магнитный момент атома слагается из магнитных моментов входящих в его состав электронов (магнитным моментом ядра ввиду его малости пренебрегают):
|