«Зарядталған бөлшектердің электр және магнит өрістеріндегі қозғалысы» Орындаған: Тлеген Рахматуллах
жүктеу/скачать 104,5 Kb.
|
Тлеген Рахматуллах БӨЖ
|
БӨЖ тақырыбы: «Зарядталған бөлшектердің электр және магнит өрістеріндегі қозғалысы» Орындаған: Тлеген Рахматуллах Тобы:ТФ-23 Біз металдардағы, шала өтқізгіштердегі, вакуум мен газдағы электр тогын туғызатын негізгі процесс электр қозғалыстағы электр зарядтары мен электр өрісінің өз ара әсері екенін көрдік. Енді зарядталған бөлшектердің (электронный,, ионның) біртекті және өзгермейтін электр өрісіндегі қозғалысын қарастырайық. Егер epic біртекті болмаса және зарядталған бөлшектердің өз ара әсерін еске алсақ, онда мәселе тіпті қиындайды. Реалды приборларда epic әрқашан да біртекті болмайды. Бірақ сол өрістің аса бір азғантай кәлемін бөліп алсақ, оны біртекті деуге болады. Сонымен бірге, көп жағдайда қозғалыстағы зарядталған бөлшектер бір-бірінен соншалықты қашық келеді, сондықтан тіпті олардың зарядтарының өз ара әсерін ескермеуге де болады. Егер зарядталған бөлшектер өрістің бағытымен орын ауыстырса (бөлшектердің жылдамдық векторы электр өрісінің кернеулігінің векторымен сәйкес келеді), онда оған кернеулік векторының бойымен бағытталған F = qE куш эсер етеді (41-сурет)Кинетикалық энергияныц өзгеруі туралы теорема бо-йынша бұл күштің жолдағы жумысы A=Fl=mv/2-mv/2=qEt=qU болады. Мұндағы U - өрістің екі нүктесі арасындағы жол участогын шектейтін потенциалдар айырымы. Екіншіден, Ньютонның екінші заңы бойынша Ғ күш бөлшекке a=F/m үдеу береді. Демек, зарядталған бөлшектің электр өрісіндегі қозғалысы үдемелі және бөлшектіқ кинетикалық энергиясы барған сайын артады. Егер- бастапқы жылдамдық нольге тең болса, онда кинетикалық энергия формуласы былай болады: mv/2=qU Бұл өрнек үдетуші потенциалдар айырымын (U) жүріп өткен бөлшектің ақырғы жылдамдығын анық-тауға мүмкіндік береді. Ол: V=2q/mU (21) Электрон үшін q=e Сондықтан V=2q/mU * (22) Бұған электрондық заряды мен массасының сандық мәндерін қойсақ: e=1,6-10-19/с, m = 9,l • 10-31 кг. Сонда ақырғы жылдамдық V=600U (км/сек). (23) Бұл формула бойынша егер потенциалдар айырымы 1 в болса, онда үдетуші өрістегі электрондық, ақырғы жылдамдығы 600 км/сек, ал потенциалдар айырымы 100 В болса, онда үдетуші өрістегі электрондық, ақырғы жылдамдығы 6000 км/сек болады. (22) формула бір, тек бір ғана үдетуші ерістің өзінде иондардың жылдамдығы электрондардың жыл-дамдығынан не себепті аз болатынын түсіндіреді, яғни ол формуладан массасы ауыр ионның жылдамдығы электронный жылдамдығынан аз болатынын көреміз. Мысалы, қарапайым элемент — сутегі ионын алайық. Онда q = e, mo = 1836m олай болса, V=11,7"U~(км/сек). Ал енді ионның потенциалдар айырымы 1 В және 100 В болғанда, соған сәйкес сол ионның жылдамдығы не бары 11,7 км/сек және 117 км/сек қана болады. Электр өрісінің кернеулігі векторының бағытымен оң зарядқа эсер ететін күштің бағыты сәйкес келеді дедік. Ал электрондар теріс зарядты болғандықтан, электр ерісіндегі оған әсер ететін күш өріске қарсы бағытталады, демек, осы параграфтағы оірінші фор-муланың оң жақ бөлігіне «минус» таңбасын қою керек. Енді бөлшектің жылдамдық векторы кернеулік векторына бұрыш жасай бағытталсын делік (42-сурет). Мұнда жылдамдық векторын суретте көрсетілгендей етіп екі құраушыға жіктейміз. Сонда жылдамдықтың бір құраушысы v ох = v0 • cos a өрістің бойымен бағытталады. Бұл бағытта Ғ күштің әсерінен бөлшек үдей қозғалады. Ал енді v oy = v0 • sin a құраушы жылдамдығының бойымен белшекке күш әсер етпейді, бұл бағытта бөлшек бір қалыпты және түзу сызықты қозғалады. Механикадан белгілі, бұл қарастырылып отырған жағдайда бөлшек парабола бойымен қозғалады. Егер тоғы бар өткізгішті біртекті магнит өрісіне орналастырсақ, онда оған Ғ = ВLІsin a (24) күш әсер етеді. Мұндағы В - өрістің магнит индукциясы, L - өткізгіштің ұзындығы, I- өткізгіштегі ток күші, a - токтың бағыты мен магнит индукциясы векторының арасындағы бүрыш. Заряды q бөлшек өріске v жылдамдықпен ұшып кірді және соншалықты аз t уақыт ішінде S жол жүрді дейік. Зарядтың қозғалысы ұзындығы L өткізгіштегі -І- ток сияқты. Сондықтан F =BL q/t sin a = qBL/t sin a = qBv sin a Магнит өрісінің зарядталған бөлшекке әсер ететін бұл күшін Лоренц күші деп атайды. Ол: Ғл =qBv sin a. (25) Ең алдымен бөлшектің жылдамдық векторы индукция векторына перпендикуляр жағдайды (sina=1) қарастырайық. Лоренц күшінің бағытын анықтау үшін сол қол ережесін пайдаланамыз: ол үшін сол қолдың төрт саусағын жаза ұстап, оларды оң зарядталған бөлшектің жылдамдық векторының бағытымен бағыттап, ал магнит индукциясы векторы алақанға енетіндей етіп орналастырсақ, сонда керіп ұстаған бас бармақ бөлшекке әсер ететін күштің бағытын көрсетеді. Егер зарядталған бөлшек электрон болса, онда қолдың төрт саусағын бөлшек жылдамдығының векторына қарсы бағыттау керек, өйткені токтың бағыты электрондардың орын ауыстыру бағытына қарсы болады. Бұл айтылғандар күштің өpic индукциясының векторына да, сондай-ақ жылдамдық векторына да перпендикуляр екендігін көрсетеді (43,а-сурет). Ал егер күш жылдамдық векторына перпендикуляр болса, онда жұмыс нольге тең де, кинетикалык энергия өзгермейді, демек, жылдамдық нольге тең. Сонымен бірге, егер денеге жылдамдық векторына перпендикуляр бір, тек бір ғана күш әсер етсе, онда ол центрге тартқыш күш болатыны бізге механикадан белгілі. Ол мынаған тең: F=mv/R
mv/2 = qBv немесе R = mv/qB (26) Бұл формулада барлық шамалар тұрақты, демек, радиус R -дің шамасы да тұрақты. Басқаша айтқанда, магнит өрісі бөлшектің кинетикалық энергиясын өзгертпейді; егер бөлшек өріске индукция векторына перпендикуляр бағытта ұшып кірсе, онда бұл бөлшек одан әрі радиусы R шеңбер бойымен (26) өріске перпендикуляр жазықтықта қозғалады (43,6-сурет). Егер бөлшектің жылдамдық векторының бағыты өрістің бағытымен сәйкес келсе (немесе қарама-қарсы болса), онда (24) формуладам көргеніміздей, оған күш әсер етпейді, ол инерция бойынша қозғалады. Егер a бұрышы нольге тең болмаса, онда жылдамдық векторын екі құраушыға жіктеу керек (43,6-сурет). Демек, бұдан бөлшектің спираль траектория, яғни бұрандалы траектория бойынша қозғалатынын аңғару қиын емес. Бөлшек магнит өрісінен шығысымен-ақ, одан әрі инерция бойынша түзу бағытпен қозғалады. Электрондық приборларда магнит өрісінің әсері қолданылады, мысалы, электрондар шоғында (осциллографтың электронды-сәулелік түтігінде, электронды-сәулелік индикаторда, магнетронда) кеңінен қолданылады. Егер қозғалыстағы электр зарядына электр және магнит өрістері бір кезде әсер етсе, онда Лоренц күші зарядқа әсер ететін электр және магнит өрістері күштерінің геометриялық қосындысына тең болады, яғни: Ғ=F э +Ғш (27) Бұл күштерді параллелограмма ережесі бойынша қосу керек. Егер электр өрісі мен магнит өрісі өз ара перпендикуляр болса, онда оларды Ғ және Ғм күштері қарама-қарсы бағытталатындай етіп бағдарлауға болады. Сөйтіп, өрістердің кернеулігін өзгерте отырып; Fэ = Fм болатындай жағдайға келтіруге болады. Сонда qE= qBv немесе v= E/B. (28) Мұны зарядталған белшектердіқ жылдамдығын өлшеу үшін пайдаланады. жүктеу/скачать 104,5 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|