Трофимова Т.И. Курс физики

Подождите немного. Документ загружается.

проводностью, причем ток в плазме со-

здается в основном электронами, как

наиболее подвижными частицами; све-

чением; сильным взаимодействием с

электрическим и магнитным полями;

колебаниями электронов в плазме с

большой частотой

(«10

Гц), вызываю-

щими общее вибрационное состояние

плазмы; «коллективным» — одновре-

менным взаимодействием громадного

числа частиц (в обычных газах части-

цы взаимодействуют друг с другом по-

парно). Эти свойства определяют каче-

ственное своеобразие плазмы, позволя-

ющее считать ее особым, четвертым, со-

стоянием вещества.

Изучение физических свойств плаз-

мы дает возможность, с одной стороны,

решать многие проблемы астрофизики,

поскольку в космическом пространстве

плазма — наиболее распространенное

состояние вещества, а с другой — откры-

вает принципиальные возможности

осуществления управляемого термо-

ядерного синтеза. Основным объектом

исследований по управляемому термо-

ядерному синтезу является высокотем-

пературная плазма

(«10

К) из дейте-

рия и трития (см. § 268).

Низкотемпературная

плазма

(< 10

К)

применяется в газовых лазерах, термо-

электронных преобразователях и маг-

питогидродинамических генераторах

(МГД-генераторах) — установках для

непосредственного преобразования

тепловой энергии в электрическую, в

плазменных ракетных двигателях, весь-

ма перспективных для длительных кос-

мических полетов.

Низкотемпературная плазма, полу-

чаемая в плазмотронах, используется

для резки и сварки металлов, для полу-

чения некоторых химических соедине-

ний (например, галогенидов инертных

газов), которые не удается получить

другими способами, и т.д.

Контрольные вопросы

Какими опытами была выяснена природа носителей электрического тока в металлах?

Каковы основные идеи теории Друде —Лоренца?

Сравните порядок средних скоростей теплового и упорядоченного движения электронов

в металлах (при условиях, близких к нормальным и приемлемым в электротехнике).

Почему тепловое движение электронов не может привести к возникновению электри-

ческого тока?

Выведите на основе классической теории электропроводности металлов дифференци-

альную форму законов Ома и Джоуля —Ленца.

Как классическая теория проводимости металлов объясняет зависимость сопротивле-

ния металлов от температуры?

В чем заключаются трудности элементарной классической теории электропроводности

металлов? Каковы границы ее применения?

Какие существуют разновидности эмиссионных явлений? Дайте их определения.

Объясните вольт-амперную характеристику для вакуумного диода.

Что называют работой выхода электрона?

Можно ли изменять силу тока насыщения вакуумного диода? Если да, то как?

Каким образом можно вырвать электроны из холодного катода? Как называется это яв-

ление?

Дайте объяснение качественной зависимости коэффициента вторичной электронной

эмиссии диэлектрика от энергии падающих электронов.

К какому типу газового разряда относится молния?

Может ли возникнуть ток насыщения при самостоятельном газовом разряде?

201

• Охарактеризуйте типы самостоятельного газового разряда. В чем их особенности?

• Охарактеризуйте процесс ионизации; рекомбинации.

• В чем отличие самостоятельного газового разряда от несамостоятельного? Каковы ус-

ловия, необходимые для его осуществления?

• В чем отличие равновесной плазмы от неравновесной?

• Приведите основные свойства плазмы. Каковы возможности ее применения?

ЗАДАЧИ

13.1. Концентрация электронов проводимости в металле равна 2,5 • 10

см~

Определите

среднюю скорость их упорядоченного движения при плотности тока 1 А/мм

. [0,25 мм/с]

13.2. Работа выхода электрона из вольфрама составляет 4,5 эВ. Определите, во сколько

раз увеличится плотность тока насыщения при повышении температуры от 2000 до 2500 К.

[В 290 раз]

13.3. Работа выхода электрона из металла равна 2,5 эВ. Определите скорость вылетаю-

щего из металла электрона, если он обладает энергией

10~

Дж. [1,15 Мм/с]

13.4. Воздух между пластинами плоского конденсатора ионизируется рентгеновским

излучением. Сила тока, текущего между пластинами, 10 мкА. Площадь каждой пластины

конденсатора равна 200 см

, расстояние между ними 1 см, разность потенциалов 100 В. Под-

вижность положительных ионов

= 1,4

см

/(В

• с) и отрицательных Ъ_ = 1,9

см

/(В

• с);

заряд каждого иона равен элементарному заряду. Определите концентрацию пар ионов меж-

ду пластинами, если ток далек от насыщения. [9,5 • 10

м"

]

13.5. Ток насыщения при несамостоятельном разряде равен 9,6 пА. Определите число

пар

ионов,

создаваемых в 1 с внешним ионизатором. [3 • 10

]

Глава 14

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

§ 109. Магнитное поле

и его характеристики

Подобно тому как в пространстве,

окружающем электрические заряды,

возникает электростатическое поле,

так и в пространстве, окружающем

токи и постоянные магниты, возника-

ет силовое поле, называемое магнит-

ным. Наличие магнитного поля обна-

руживается по силовому действию на

внесенные в него проводники с током

или постоянные магниты. Название

«магнитное поле» связывают с ориен-

тацией магнитной стрелки под действи-

ем поля, создаваемого током [это явле-

ние впервые обнаружено датским фи-

зиком X. Эрстедом (1777— 1851)].

Электрическое поле действует как на

неподвижные, так и на движущиеся в

нем электрические заряды. Важнейшая

особенность магнитного поля состоит

в том, что оно действует только на дви-

жущиеся в нем электрические заряды.

Опыт показывает, что характер воздей-

ствия магнитного поля на ток различен

в зависимости от формы проводника,

по которому течет ток, от расположения

проводника и от направления тока.

Следовательно, чтобы охарактеризо-

вать магнитное поле, надо рассмотреть

его действие на определенный ток.

202

Подобно тому как при изучении

электростатического поля использова-

лись точечные заряды, при исследова-

нии магнитного поля пользуются зам-

кнутым плоским контуром

током

(рамка с током), линейные размеры ко-

торого малы по сравнению с расстояни-

ем до токов, образующих магнитное

поле. Ориентация контура в простран-

стве определяется направлением нор-

мали к контуру. Направление нормали

задается правилом правого винта: за

положительное направление нормали

принимается направление поступатель-

ного движения винта, головка которо-

го вращается в направлении тока, теку-

щего в рамке (рис.

162).

Опыты показывают, что магнитное

поле оказывает на рамку с током ори-

ентирующее действие, поворачивая ее

определенным образом. Этот результат

используется для выбора направления

магнитного поля. За направление маг-

нитного поля в данной точке принима-

ется направление, вдоль которого рас-

полагается положительная нормаль к

рамке (рис. 163).

За направление магнитного поля мо-

жет быть также принято направление,

совпадающее с направлением силы, ко-

торая действует на северный полюс маг-

нитной стрелки, помещенной в данную

точку. Так как оба полюса магнитной

стрелки лежат в близких точках поля, то

силы, действующие на оба полюса, рав-

ны друг другу. Следовательно, на маг-

нитную стрелку действует пара сил, по-

ворачивающая ее так, чтобы ось стрел-

ки, соединяющая южный полюс с север-

ным, совпадала с направлением поля.

Рамкой с током можно воспользо-

ваться также и для количественного

описания магнитного поля. Так как

рамка с током испытывает ориентиру-

ющее действие поля, то на нее в магнит-

ном поле действует пара сил. Вращаю-

Рис.

163

щии момент сил зависит как от свойств

поля в данной точке, так и от свойств

рамки и определяется по формуле

(109.1)

где

— вектор магнитного момен-

та рамки с током;

— вектор маг-

нитной индукции (количественная ха-

рактеристика магнитного поля).

Для плоского контура с током /

(109.2)

где S — площадь поверхности контура

(рамки); п — единичный вектор норма-

ли к поверхности рамки.

Таким образом, направление

со-

впадает с направлением положитель-

ной нормали.

Если в данную точку магнитного

поля помещать рамки с различными

магнитными моментами, то на них дей-

ствуют различные вращающие момен-

ты, однако

отношение(М

тях

—

максимальный вращающий момент)

для всех контуров одно и то же и по-

этому может служить характеристи-

кой магнитного поля, называемой маг-

нитной индукцией:

Магнитная индукция в данной точ-

ке однородного магнитного поля опре-

деляется максимальным вращающим

моментом, действующим на рамку с

магнитным моментом, равным едини-

це, когда нормаль к рамке перпендику-

203

лярна направлению поля. Следует отме-

тить, что вектор

может быть выведен

также из закона Ампера (см. § 111) и из

выражения для силы Лоренца (см. § 114).

Так как магнитное поле является

силовым, то его, по аналогии с электри-

ческим, изображают с помощью линий

магнитной индукции — линий, каса-

тельные к которым в каждой точке со-

впадают с направлением вектора

В.

Их

направление задается правилом право-

го винта: головка винта, ввинчиваемо-

го по направлению тока, вращается в

направлении линий магнитной индук-

ции.

Линии магнитной индукции можно

«проявить» с помощью железных опи-

лок, намагничивающихся в исследуемом

поле и ведущих себя подобно маленьким

магнитным стрелкам. На рис. 164, а по-

казаны линии магнитной индукции поля

кругового тока, на

рис.

164,

б — линии

магнитной индукции поля соленоида

(соленоид — равномерно намотанная

на цилиндрическую поверхность про-

волочная спираль, по которой течет

электрический ток).

Линии магнитной индукции всегда

замкнуты и охватывают проводники с

током. Этим они отличаются от линий

напряженности электростатического

поля, которые являются разомкнуты-

ми [начинаются на положительных за-

рядах и кончаются на отрицательных

(см. § 79)].

На рис. 165 изображены линии магнит-

ной индукции полосового магнита; они вы-

Рис. 165

Рис. 164

ходят из северного полюса и входят в юж-

ный. Вначале казалось, что здесь наблюда-

ется полная аналогия с линиями напряжен-

ности электростатического поля и полюсы

магнитов играют роль магнитных «зарядов»

(магнитных моиополей). Опыты показали,

что, разрезая магнит на части, его полюсы

разделить нельзя, т. е. в отличие от электри-

ческих зарядов свободные магнитные заря-

ды не существуют, поэтому линии магнит-

ной индукции не могут обрываться на по-

люсах. В дальнейшем было установлено, что

внутри полосовых магнитов имеется маг-

нитное поле, аналогичное полю внутри со-

леноида, и линии магнитной индукции это-

го магнитного поля являются продолжени-

ем линий магнитной индукции вне магни-

та. Таким образом, линии магнитной индук-

ции магнитного поля постоянных магнитов

являются также замкнутыми.

До сих пор мы рассматривали мак-

роскопические токи, текущие в провод-

никах. Однако, согласно предположе-

нию французского физика А. Ампера

(1775— 1836), в любом теле существу-

ют микроскопические токи, обусловлен-

ные движением электронов в атомах и

молекулах. Эти микроскопические мо-

лекулярные токи создают свое магнит-

ное поле и могут поворачиваться в маг-

нитных полях макротоков. Например,

если вблизи какого-то тела поместить

проводник с током (макроток), то под

действием его магнитного поля микро-

токи во всех атомах определенным об-

разом ориентируются, создавая в теле

дополнительное магнитное поле. Век-

тор магнитной индукции

характери-

зует результирующее магнитное поле,

создаваемое всеми макро- и микрото-

ками, т.е. при одном и том же токе и

204

прочих равных условиях вектор

раз-

личных средах будет иметь разные зна-

чения.

Магнитное поле макротоков описы-

вается вектором напряженности Н.

Для однородной изотропной среды век-

тор магнитной индукции связан с век-

тором напряженности следующим со-

отношением:

(109.3)

где

|х

— магнитная постоянная;

ц,

— без-

размерная величина — магнитная про-

ницаемость среды, показывающая, во

сколько раз магнитное поле макрото-

ков Я усиливается за счет поля

микро-

токов среды.

Сравнивая векторные характеристи-

ки

электростатического

(Ей

маг-

нитного

(В

и Я) полей, укажем, что ана-

логом вектора напряженности электро-

статического поля Е является вектор

магнитной индукции

В,

так как векто-

ры

Ей

определяют силовые действия

этих полей и зависят от свойств среды.

Аналогом вектора электрического сме-

щения D является вектор напряженно-

сти Я магнитного поля.

§ 110. Закон Био—Савара—

Лапласа и его применение

к расчету магнитного поля

Магнитное поле постоянных токов

различной формы изучалось француз-

скими учеными Ж. Био (1774 —1862) и

Ф.Саваром (1791-1841). Результаты

этих опытов были обобщены выдаю-

щимся французским математиком и

физиком П.Лапласом.

Закон Био — Савара — Лапласа для

проводника с током /, элемент dl ко-

торого создает в некоторой точке А

(рис. 166) индукцию поля dB, записы-

вается в виде

где dl — вектор, по модулю равный дли-

не dl элемента проводника и совпада-

ющий по направлению с током;

— ра-

диус-вектор, проведенный из элемента

dl проводника в точку Л поля;

— мо-

дуль радиуса-вектора

г.

Направление dB перпендикулярно

г,

т. е. перпендикулярно плоскости,

в которой они лежат, и совпадает с ка-

сательной к линии магнитной индук-

ции. Это направление может быть за-

дано по правилу нахождения линий маг-

нитной индукции (правилу правого вин-

та): направление вращения головки

винта дает направление d

если посту-

пательное движение винта соответству-

ет направлению тока в элементе.

Модуль вектора dB определяется

выражением

(110.2)

где а — угол между векторами

г.

Для магнитного поля, как и для элект-

рического, справедлив принцип супер-

позиции: вектор магнитной индукции

результирующего поля, создаваемого

несколькими токами или движущими-

ся зарядами, равен векторной сумме маг-

нитных индукций складываемых полей,

создаваемых каждым током или движу-

щимся зарядом в отдельности:

Рис. 166

205

Рис. 167

Расчет характеристик магнитного

поля

(ВиН)

по приведенным форму-

лам в общем случае сложен. Однако

если распределение тока имеет опреде-

ленную симметрию, то применение за-

кона Био — Савара —Лапласа совмест-

но с принципом суперпозиции позволя-

ет просто рассчитать конкретные поля.

Рассмотрим два примера.

1. Магнитное поле прямого тока —

тока, текущего по тонкому прямому

проводу бесконечной длины (рис. 167).

В произвольной точке А, удаленной от

оси проводника на расстояние R, век-

торы dB от всех элементов тока имеют

одинаковое направление, перпендику-

лярное плоскости чертежа («к нам»).

Поэтому сложение векторов

dВ

можно

заменить сложением их модулей.

В качестве постоянной интегрирова-

ния выберем угол а (угол между век-

торами d/ и

г),

выразив через него все

остальные величины. Из рис. 167 сле-

дует, проводника

(радиус дуги CD вследствие малости d/

равен

г,

поэтому угол FDC можно счи-

тать прямым). Подставив эти выраже-

ния в (110.2), получим, что магнитная

Рис. 168

индукция, создаваемая одним элемен-

том проводника, равна

(110.4)

Так как угол а для всех элементов

прямого тока изменяется в пределах от

О до

тт,

то, согласно (110.3) и (110.4),

Следовательно, магнитная индук-

ция поля прямого тока

(110.5)

2. Магнитное поле в центре круго-

вого проводника с током (рис. 168).

Как следует из рисунка, все элементы

кругового проводника с током создают

в центре магнитные поля одинакового

направления — вдоль нормали от вит-

ка. Поэтому сложение векторов dB

можно заменить сложением их мо-

дулей. Так как все элементы проводни-

ка перпендикулярны радиусу-вектору

(sin a = 1) и расстояние всех элементов

проводника до центра кругового тока

одинаково и равно R, то, согласно

(110.2),

Тогда

Следовательно, магнитная индук-

ция поля в центре кругового проводни-

ка с током

206

§ 111. Закон Ампера.

Взаимодействие

параллельных токов

Магнитное поле (см. § 109) оказы-

вает на рамку с током ориентирующее

действие. Следовательно, вращающий

момент, испытываемый рамкой, есть

результат действия сил на отдельные ее

элементы. Обобщая результаты иссле-

дования действия магнитного поля на

различные проводники с током, А. Ам-

пер установил, что сила

dF,

с которой

магнитное поле действует на элемент

проводника

с током, находящегося в

магнитном поле, равна

(111.1)

где

— вектор, по модулю равный

и совпадающий по направлению с то-

ком,

— вектор магнитной индукции.

Направление вектора

может быть

найдено, согласно (111.1), по общим

правилам векторного произведения,

откуда следует правило левой руки:

если ладонь левой руки расположить

так, чтобы в нее входил вектор

В,

а че-

тыре вытянутых пальца — по направ-

лению тока в проводнике, то отогнутый

большой палец покажет направление

силы, действующей на ток.

Модуль силы Ампера [см. (111.1)]

вычисляется по формуле

(111.2)

где а — угол между векторами

и dB.

Закон Ампера применяется для оп-

ределения силы взаимодействия двух

токов. Рассмотрим два бесконечных

прямолинейных параллельных тока

(на рис. 169 токи направлены пер-

пендикулярно плоскости чертежа к нам),

расстояние между которыми равно R.

Каждый из проводников создает магнит-

ное поле, которое действует по закону

Ампера на другой проводник с током.

Рис. 169

Рассмотрим, с какой силой действу-

ет магнитное поле тока

на элемент dl

второго проводника с током

Ток

создает вокруг себя магнитное поле,

линии индукции которого представля-

ют собой концентрические окружнос-

ти. Направление вектора

определя-

ется правилом правого винта, его мо-

дуль по формуле (110.5) равен

Направление силы

с которой

поле

действует на участок

второ-

го тока, определяется по правилу левой

руки и указано на рисунке. Модуль

силы, согласно (111.2), с учетом того,

что угол а между элементами тока

вектором

прямой, равен

Подставляя значение для

получим

(111.3)

Рассуждая аналогично, можно пока-

зать, что сила

которой магнитное

поле тока

действует на элемент dl

первого проводника с током

направ-

лена в противоположную сторону и

по

модулю равна

207

Сравнение выражений (111.3) и

(111.4) показывает, что

т. е. два параллельных тока одинакового

направления притягиваются друг к дру-

гу с силой

Если токи имеют противоположные

направления, то, используя правило ле-

вой руки, можно показать, что между

ними действует сила отталкивания, оп-

ределяемая по формуле (111.5).

§ 112. Магнитная постоянная.

Единицы магнитной индукции и

напряженности магнитного поля

Если два параллельных проводника

с током находятся в вакууме

(|i

= 1), то

сила взаимодействия на единицу дли-

ны проводника, согласно

(111.5),

равна

(112.1)

Для нахождения числового значения

воспользуемся определением ампера,

согласно которому = 2 •

10~

Н/м

при

= 1 А и R — 1 м. Подставив

это значение в формулу (112.1), получим

|JLQ

4-тт-

Ю-

Н/А

= 4-гс-1СГ

Гн/м.

Единица индуктивности — генри

(Гн) (см. § 126).'

Закон Ампера позволяет определить

единицу магнитной индукции В. Пред-

положим, что элемент проводника

током /перпендикулярен направлению

магнитного поля. Тогда закон Ампера

[см. (111.2)] запишется в виде

—

IBdl,

откуда

Единица магнитной индукции —

тесла (Тл): 1 Тл — магнитная индук-

ция такого однородного магнитного

поля, которое действует с силой 1 Н на

каждый метр длины прямолинейного

проводника, расположенного перпен-

дикулярно направлению поля, если по

этому проводнику течет ток 1 А:

Единица напряженности магнитного

поля — ампер на метр (А/м): 1 А/м —

напряженность такого поля, магнитная

индукция которого в вакууме равна

4тг

•

Ю-

Тл.

§ 113. Магнитное поле

движущегося заряда

Каждый проводник с током создает

в окружающем пространстве магнитное

поле. Электрический ток представляет

собой упорядоченное движение элект-

рических зарядов, поэтому можно ска-

зать, что любой движущийся в вакууме

или среде заряд создает вокруг себя

магнитное поле. В результате обобще-

ния опытных данных был установлен

закон, определяющий поле

точечно-

го заряда Q, свободно движущегося с

нерелятивистской скоростью v. Под

свободным движением заряда понима-

ется его движение с постоянной скоро-

стью. Этот закон выражается формулой

(113.1)

208

где

— радиус-вектор, проведенный от

заряда Q

точке наблюдения М (рис.

170).

Согласно выражению (113.1), век-

тор В направлен перпендикулярно

плоскости, в которой расположены век-

торы v и г, а именно: его направление

совпадает с направлением поступатель-

ного движения правого винта при его

вращении от v

г. Вектор

представ-

ляет собой псевдовектор.

Модуль магнитной индукции (113.1)

вычисляется по формуле

где а — угол между векторами

Г;

Г.

Сравнивая выражения (110.1) и

(113.1), видим, что движущийся заряд

по своим магнитным свойствам экви-

валентен элементу тока.

Приведенные закономерности (113.1)

(113.2)

справедливы лишь для малых

скоростей (v

с) движущихся зарядов,

когда электрическое поле свободно дви-

жущегося заряда можно считать элект-

ростатическим, т. е. создаваемым непод-

вижным зарядом, находящимся в той

точке, где в данный момент времени

расположен движущийся заряд.

Формула (113.1) определяет маг-

нитную индукцию положительного за-

ряда, движущегося со скоростью v. Если

движется отрицательный заряд, то Q

надо заменить на — Q. Скорость v — от-

носительная скорость, т. е. скорость от-

носительно наблюдателя. Вектор

рассматриваемой системе отсчета зави-

сит как от времени, так и от положения

точки М наблюдения. Поэтому следует

подчеркнуть относительный характер

магнитного поля движущегося заряда.

Впервые поле движущегося заряда

удалось обнаружить американскому

физику Г.Роуланду (1848-1901).

Окончательно этот факт был установлен

Рис. 170

профессором Московского университе-

та А.А.Эйхенвальдом (1863—1944),

изучившим магнитное поле конвекци-

онного тока, а также магнитное поле

связанных зарядов поляризованного

диэлектрика. Магнитное поле свобод-

но движущихся зарядов было измере-

но академиком А.Ф.Иоффе, доказав-

шим эквивалентность, в смысле воз-

буждения магнитного поля, электрон-

ного пучка и тока проводимости.

§ 114. Действие магнитного поля

на движущийся заряд

Опыт показывает, что магнитное

поле действует не только на проводни-

ки с током (см. § 111), но и на отдель-

ные заряды, движущиеся в магнитном

поле. Сила, действующая на электри-

ческий заряд Q, движущийся в магнит-

ном поле со скоростью v, называется

силой Лоренца и выражается форму-

лой

(114.1)

где

— индукция магнитного поля, в

котором заряд движется.

Направление силы Лоренца опреде-

ляется с помощью правила левой руки:

если ладонь левой руки расположить

так, чтобы в нее входил вектор В, а

четыре вытянутых пальца направить

вдоль вектора v (для Q > 0 направле-

ния I и v совпадают, для Q < 0 — про-

тивоположны), то отогнутый большой

палец покажет направление силы, дей-

ствующей на положительный заряд. На

рис. 171 показана взаимная ориентация

векторов v, В (поле направлено к нам,

209

Рис.

171

Это выражение называется форму-

лой Лоренца. Скорость v в этой фор-

муле есть скорость заряда относитель-

но магнитного поля.

на рисунке показано точками) и F для

положительного и отрицательного заря-

дов. На отрицательный заряд сила дей-

ствует в противоположном направле-

нии. Модуль силы Лоренца [см. (114.1)]

где а — угол между v и

В.

Отметим еще раз (см. § 109), что маг-

нитное поле не действует на покоящий-

ся электрический заряд. В этом суще-

ственное отличие магнитного поля от

электростатического. Магнитное поле

действует только на движущиеся в нем

заряды.

Выражение (114.1) для силы Лорен-

ца может быть использовано (наравне

с другими, см. § 109) для определения

вектора магнитной индукции

В.

Сила Лоренца всегда перпендику-

лярна скорости движения заряженной

частицы, поэтому она изменяет только

направление этой скорости, не меняя ее

модуля. Следовательно, сила Лоренца

работы не совершает. Иными словами,

постоянное магнитное поле не соверша-

ет работы над движущейся в нем заря-

женной частицей и кинетическая энер-

гия этой частицы при движении в маг-

нитном поле не изменяется.

Если на движущийся электрический

заряд

помимо

магнитного поля с индук-

цией

действует и электрическое поле

с напряженностью Е, то результирую-

щая сила F, приложенная к заряду, рав-

на векторной сумме сил — силы, дей-

ствующей со стороны электрического

поля, и силы Лоренца:

§ 115. Движение заряженных

частиц в магнитном поле

Выражение для силы Лоренца

(114.1) позволяет найти ряд закономер -

ностей движения заряженных частиц в

магнитном поле. Направление силы

Лоренца и направление вызываемого

ею отклонения заряженной частицы в

магнитном поле зависят от знака заря-

да Q частицы. На этом основано опре-

деление знака заряда частиц, движу-

щихся в магнитных полях.

Для вывода общих закономерностей

будем считать, что магнитное поле од-

нородно и на частицы электрические

поля не действуют. Если заряженная

частица движется в магнитном поле со

скоростью v вдоль линий магнитной

индукции, то угол а между векторами

v и

равен 0 или

тт.

Тогда по формуле

(114.1) сила Лоренца равна нулю, т.е.

магнитное поле на частицу не действу-

ет и она движется равномерно и прямо-

линейно.

Если заряженная частица движется

в магнитном поле со скоростью v, пер-

пендикулярной вектору

В,

то сила Ло-

ренца F = Q

[vB]

постоянна по модулю

и нормальна к траектории частицы. Со-

гласно второму закону Ньютона, эта

сила создает центростремительное ус-

корение. Отсюда следует, что частица

будет двигаться по окружности, ради-

ус

которой определяется из условия

откуда

(115.1)

210