Koos amprijõu, Coulombi interaktsiooni ja elektromagnetväljadega kohtab füüsikas sageli ka Lorentzi jõu mõistet. See nähtus on elektrotehnika ja elektroonika ning teiste kõrval üks põhilisi nähtusi. See mõjutab laenguid, mis liiguvad magnetväljas. Selles artiklis käsitleme lühidalt ja selgelt, mis on Lorentzi jõud ja kus seda rakendatakse.

Definitsioon

Kui elektronid liiguvad mööda juhti, tekib selle ümber magnetväli. Samal ajal, kui asetate juhi ristsuunalisesse magnetvälja ja liigutate seda, tekib elektromagnetilise induktsiooni emf. Kui vool liigub läbi magnetväljas paikneva juhi, mõjub sellele amprijõud.

Selle väärtus sõltub voolavast voolust, juhi pikkusest, magnetinduktsiooni vektori suurusest ning magnetvälja joonte ja juhi vahelise nurga siinusest. See arvutatakse järgmise valemi abil:

Vaadeldav jõud on osaliselt sarnane eelpool käsitletule, kuid see ei mõju mitte juhile, vaid magnetväljas liikuvale laetud osakesele. Valem näeb välja selline:

Tähtis! Lorentzi jõud (Fl) mõjub magnetväljas liikuvale elektronile ja juhile - Amper.

Kahest valemist on selge, et nii esimesel kui ka teisel juhul on nurga alfa siinus lähemal 90 kraadile, seda suurem on vastavalt Fa või Fl mõju juhile või laengule.

Niisiis, Lorentzi jõud ei iseloomusta mitte kiiruse muutust, vaid magnetvälja mõju laetud elektronile või positiivsele ioonile. Nendega kokku puutudes ei tee Fl mingit tööd. Sellest tulenevalt muutub laetud osakese kiiruse suund, mitte selle suurus.

Mis puudutab Lorentzi jõu mõõtühikut, siis nagu ka teiste füüsika jõudude puhul, kasutatakse suurust nagu Newton. Selle komponendid:

Kuidas on Lorentzi jõud suunatud?

Lorentzi jõu suuna määramiseks, nagu ka Ampere'i jõu puhul, töötab vasaku käe reegel. See tähendab, et Fl väärtuse mõistmiseks peate avama vasaku käe peopesa nii, et magnetinduktsiooni jooned siseneksid teie kätte ja välja sirutatud neli sõrme näitavad kiirusvektori suunda. Seejärel näitab peopesa suhtes täisnurga all painutatud pöial Lorentzi jõu suunda. Alloleval pildil näete, kuidas suunda määrata.

Tähelepanu! Lorentzi toime suund on osakeste liikumise ja magnetilise induktsiooni joontega risti.

Sel juhul on positiivselt ja negatiivselt laetud osakeste puhul oluline nelja lahtivolditud sõrme suund. Eespool kirjeldatud vasaku käe reegel on sõnastatud positiivse osakese jaoks. Kui see on negatiivselt laetud, peaksid magnetinduktsiooni jooned olema suunatud mitte avatud peopesa, vaid selle selja poole ja vektori Fl suund on vastupidine.

Nüüd ütleme teile lihtsate sõnadega, mida see nähtus meile annab ja milline on selle tegelik mõju laengutele. Oletame, et elektron liigub tasapinnal, mis on risti magnetinduktsiooni joonte suunaga. Oleme juba maininud, et Fl ei mõjuta kiirust, vaid muudab ainult osakeste liikumise suunda. Siis on Lorentzi jõul tsentripetaalne mõju. See kajastub alloleval joonisel.

Rakendus

Kõigist piirkondadest, kus Lorentzi jõudu kasutatakse, on üks suuremaid osakeste liikumine Maa magnetväljas. Kui pidada meie planeeti suureks magnetiks, siis põhjapoolsete magnetpooluste lähedal asuvad osakesed liiguvad kiirendatud spiraalina. Selle tulemusena põrkuvad nad atmosfääri ülemiste kihtide aatomitega ja me näeme virmalisi.

Siiski on ka teisi juhtumeid, kus see nähtus kehtib. Näiteks:

• Elektronkiiretorud. Nende elektromagnetilistes läbipaindesüsteemides. CRT-sid on kasutatud juba üle 50 aasta järjest erinevates seadmetes, alates kõige lihtsamast ostsilloskoobist kuni erineva kuju ja suurusega teleriteni. On uudishimulik, et värvide taasesitamise ja graafikaga töötamise puhul kasutavad mõned endiselt CRT-kuvareid.
• Elektrimasinad – generaatorid ja mootorid. Kuigi siin tegutseb tõenäolisemalt Ampere jõud. Kuid neid koguseid võib pidada külgnevateks. Tegemist on aga keerukate seadmetega, mille töö käigus on märgata paljude füüsikaliste nähtuste mõju.
• Laetud osakeste kiirendites nende orbiitide ja suundade määramiseks.

Järeldus

Teeme selle artikli neli põhipunkti lihtsas keeles kokku ja kirjeldame neid:

1. Lorentzi jõud mõjutab laetud osakesi, mis liiguvad magnetväljas. See tuleneb põhivalemist.
2. See on otseselt võrdeline laetud osakese ja magnetilise induktsiooni kiirusega.
3. Ei mõjuta osakeste kiirust.
4. Mõjutab osakese suunda.

Selle roll on "elektrivaldkonnas" üsna suur. Spetsialist ei tohiks unustada põhiteoreetilist teavet füüsikaliste põhiseaduste kohta. Need teadmised on kasulikud nii neile, kes tegelevad teadusliku töö, disaini ja lihtsalt üldise arenguga.

Nüüd teate, mis on Lorentzi jõud, millega see on võrdne ja kuidas see laetud osakestele mõjub. Kui teil on küsimusi, küsige neid artikli all olevates kommentaarides!

Materjalid

Ampere võimsus, mis toimib juhi segmendile pikkusega Δ l voolutugevusega I, mis asub magnetväljas B,

Ampere jõu avaldise saab kirjutada järgmiselt:

Seda jõudu nimetatakse Lorentzi jõud . Nurk α selles avaldises on võrdne kiiruse ja vahelise nurgaga magnetinduktsiooni vektor Positiivselt laetud osakesele mõjuva Lorentzi jõu suuna, samuti amprijõu suuna saab leida järgmiselt. vasaku käe reegel või poolt kere reegel. Vektorite ja positiivselt laetud osakese suhteline asukoht on näidatud joonisel fig. 1.18.1.

Joonis 1.18.1. Vektorite suhteline asukoht ja Lorentzi jõu moodul on arvuliselt võrdne vektoritele ehitatud rööpküliku pindalaga, mis on korrutatud laenguga q

Lorentzi jõud on suunatud risti vektoritega ja

Kui laetud osake liigub magnetväljas, siis Lorentzi jõud ei tööta. Seetõttu osakese liikumisel kiirusvektori suurus ei muutu.

Kui laetud osake liigub ühtlases magnetväljas Lorentzi jõu mõjul ja selle kiirus on vektoriga risti asetseval tasapinnal, siis osake liigub raadiusega ringis.

Osakese pöördeperiood ühtlases magnetväljas on võrdne

helistas tsüklotroni sagedus . Tsüklotroni sagedus ei sõltu osakese kiirusest (ja seega ka kineetilisest energiast). Seda asjaolu kasutatakse tsüklotronid – raskete osakeste (prootonid, ioonid) kiirendajad. Tsüklotroni skemaatiline diagramm on näidatud joonisel fig. 1.18.3.

Tugeva elektromagneti pooluste vahele asetatakse vaakumkamber, milles on kaks elektroodi õõnsate metallist poolsilindrite kujul ( dees ). Deesidele rakendatakse vahelduv elektripinge, mille sagedus on võrdne tsüklotroni sagedusega. Laetud osakesed süstitakse vaakumkambri keskele. Osakesi kiirendab deesidevahelises ruumis olev elektriväli. Deeside sees liiguvad osakesed Lorentzi jõu mõjul poolringidena, mille raadius suureneb osakeste energia kasvades. Iga kord, kui osake lendab läbi dee vahelise pilu, kiirendab seda elektriväli. Seega kiirendab tsüklotronis, nagu ka kõigis teistes kiirendites, laetud osakest elektriväli ja hoiab oma trajektooril magnetväli. Tsüklotronid võimaldavad kiirendada prootoneid energiani, mis on suurusjärgus 20 MeV.

Ühtseid magnetvälju kasutatakse paljudes seadmetes ja eriti nendes massispektromeetrid – seadmed, millega saab mõõta laetud osakeste – erinevate aatomite ioonide või tuumade – masse. Eraldamiseks kasutatakse massispektromeetrit isotoobid st ühesuguse laenguga, kuid erineva massiga aatomituumad (näiteks 20 Ne ja 22 Ne). Lihtsaim massispektromeeter on näidatud joonisel fig. 1.18.4. Ioonid põgenevad allikast S, läbivad mitu väikest auku, moodustades kitsa tala. Siis nad sisenevad kiiruse valija , milles osakesed liiguvad sisse ristuvad homogeensed elektri- ja magnetväljad. Lamekondensaatori plaatide vahele tekib elektriväli, elektromagneti pooluste vahesse tekib magnetväli. Laetud osakeste algkiirus on suunatud vektoritega risti ja

Ristunud elektri- ja magnetväljas liikuvale osakesele mõjub elektrijõud ja magnetiline Lorentzi jõud. Arvestades seda E = υ B need jõud tasakaalustavad üksteist täpselt. Kui see tingimus on täidetud, liigub osake ühtlaselt ja sirgjooneliselt ning pärast kondensaatorist lendamist läbib ekraani ava. Antud elektri- ja magnetvälja väärtuste korral valib valija osakesed, mis liiguvad kiirusega υ = E / B.

Järgmisena sisenevad massispektromeetri kambrisse sama kiiruse väärtusega osakesed, milles tekib ühtlane magnetväli Osakesed liiguvad kambris Lorentzi jõu mõjul magnetväljaga risti. Osakeste trajektoorid on raadiusega ringid R = mυ / qB". Trajektooride raadiuste mõõtmine teadaolevate väärtuste υ ja B" suhet saab määrata q / m. Isotoopide puhul ( q 1 = q 2) massispektromeeter võimaldab eraldada erineva massiga osakesi.

Kaasaegsed massispektromeetrid võimaldavad mõõta laetud osakeste masse täpsusega üle 10–4.

Kui osakese kiirusel on komponent piki magnetvälja suunda, siis selline osake liigub ühtlases magnetväljas spiraalselt. Sel juhul spiraali raadius R sõltub vektori magnetväljaga risti oleva komponendi moodulist υ ┴ ja spiraali sammust lk– pikikomponendi moodulist υ || (joonis 1.18.5).

Seega näib, et laetud osakese trajektoor keerleb ümber magnetilise induktsioonijoone. Seda nähtust kasutatakse tehnoloogias kõrge temperatuuriga plasma magnetiline soojusisolatsioon, st täielikult ioniseeritud gaas, mille temperatuur on suurusjärgus 10 6 K. Sellises olekus aine saadakse Tokamaki tüüpi paigaldistes kontrollitud termotuumareaktsioonide uurimisel. Plasma ei tohiks kambri seintega kokku puutuda. Soojusisolatsioon saavutatakse spetsiaalse konfiguratsiooniga magnetvälja loomisega. Näitena joonisel fig. 1.18.6 näitab laetud osakese trajektoori sisse magnetiline "pudel"(või lõksus ).

Sarnane nähtus esineb Maa magnetväljas, mis kaitseb kõiki elusolendeid kosmosest tulevate laetud osakeste voogude eest. Kiirelt laetud osakesed kosmosest (peamiselt Päikeselt) “püüavad kinni” Maa magnetvälja ja moodustavad nn. kiirgusvööd (Joonis 1.18.7), kus osakesed liiguvad nagu magnetpüünisteski sekundi murdosa suurusjärgus aegadel edasi-tagasi mööda spiraalset trajektoori põhja- ja lõunapooluse vahel. Ainult polaaraladel tungivad mõned osakesed atmosfääri ülaosadesse, põhjustades aurorasid. Maa kiirgusvööd ulatuvad suurusjärgus 500 km kuni kümnete Maa raadiusteni. Tuleb meeles pidada, et Maa lõuna magnetpoolus asub geograafilise põhjapooluse lähedal (Gröönimaa loodeosas). Maa magnetismi olemust pole veel uuritud.

Kontrollküsimused

1. Kirjeldage Oerstedi ja Ampere'i katseid.

2.Mis on magnetvälja allikas?

3. Mis on Ampere'i hüpotees, mis selgitab püsimagneti magnetvälja olemasolu?

4.Mis on põhimõtteline erinevus magnetvälja ja elektrivälja vahel?

5. Sõnasta magnetinduktsiooni vektori definitsioon.

6. Miks nimetatakse magnetvälja pööriseks?

7. Sõnastage seadused:

A) Amper;

B) Bio-Savart-Laplace.

8. Kui suur on pärivooluvälja magnetinduktsiooni vektor?

9. Esitage voolu ühiku (amper) määratlus rahvusvahelises mõõtühikute süsteemis.

10. Kirjutage üles kogust väljendav valem:

A) magnetinduktsiooni vektori moodul;

B) Amperjõud;

B) Lorentzi jõud;

D) osakese pöördeperiood ühtlases magnetväljas;

D) ringi kõverusraadius, kui laetud osake liigub magnetväljas;

Enesekontrolli test

Mida Oerstedi katses täheldati?

1) Kahe paralleelse juhtme koostoime vooluga.

2) Kahe magnetnõela vastastikmõju

3) Pöörake magnetnõela juhi lähedal, kui seda läbib vool.

4) Elektrivoolu ilmumine mähisesse, kui magnet on sellesse surutud.

Kuidas toimivad kaks paralleelset juhti, kui nad kannavad voolu samas suunas?

Meelitatud;

Nad lükkavad eemale;

Jõud ja jõudude moment on null.

Jõud on null, kuid jõumoment ei ole null.

Milline valem määrab amprijõu mooduli avaldise?

Milline valem määrab Lorentzi jõu mooduli avaldise?

B)

IN)

G)

0,6 N; 2) 1 N; 3) 1,4 N; 4) 2,4 N.

1) 0,5 T; 2) 1 T; 3) 2 T; 4) 0,8 T .

Kiirusega V elektron lendab magnetvälja, mille induktsioonimoodul B on risti magnetjoontega. Milline avaldis vastab elektroni orbiidi raadiusele?

Vastus: 1)
2)

4)

8. Kuidas muutub laetud osakese pöördeperiood tsüklotronis, kui selle kiirus kahekordistub? (V<< c).

1) Suurendada 2 korda; 2) Suurendada 2 korda;

3) Suurendada 16 korda; 4) Ei muutu.

9. Milline valem määrab ringiraadiusega R ringikujulise voolu keskpunktis tekkiva magnetvälja induktsioonimooduli?

1)
2)
3)
4)

10. Voolutugevus mähises on võrdne I. Milline valem määrab magnetvälja induktsiooni mooduli pikkuse pooli keskel l pöörete arvuga N?

1)
2)
3)
4)

Laboritöö nr.

Maa magnetvälja induktsiooni horisontaalkomponendi määramine.

Lühiteooria laboritöödeks.

Magnetväli on materiaalne keskkond, mis edastab nn magnetilisi vastastikmõjusid. Magnetväli on üks elektromagnetvälja avaldumisvorme.

Magnetväljade allikad on liikuvad elektrilaengud, voolu juhtivad juhid ja vahelduvad elektriväljad. Liikuvate laengute (voolude) tekitatud magnetväli toimib omakorda ainult liikuvatele laengutele (vooludele), kuid ei avalda mõju statsionaarsetele laengutele.

Magnetvälja peamine omadus on magnetilise induktsiooni vektor :

Magnetilise induktsiooni vektori suurus on arvuliselt võrdne maksimaalse jõuga, mis mõjub magnetväljast ühikupikkusele juhile, mida läbib ühikulise tugevusega vool. Vektor moodustab jõuvektori ja voolu suunaga parempoolse kolmiku. Seega on magnetinduktsioon magnetväljale iseloomulik jõud.

Magnetinduktsiooni SI ühik on Tesla (T).

Magnetvälja jooned on mõttelised jooned, mille igas punktis langevad puutujad kokku magnetinduktsiooni vektori suunaga. Magnetjõujooned on alati suletud ega ristu kunagi.

Ampere'i seadus määrab magnetvälja jõu mõju voolu juhtivale juhile.

Kui induktsiooniga magnetväljas asetatakse voolu juhtiv juht, seejärel iga voolusuunaline element juhile mõjub seosega määratud amprijõud

.

Amperjõu suund langeb kokku vektori korrutise suunaga
, need. see on risti tasapinnaga, millel vektorid asuvad Ja (joonis 1).

Riis. 1. Määrata amprijõu suund

Kui risti , siis saab amprijõu suuna määrata vasaku käe reegliga: suunata neli sirutatud sõrme piki voolu, asetada peopesa jõujoontega risti, siis näitab pöial amprijõu suunda. Ampere'i seadus on magnetinduktsiooni määratluse aluseks, s.o. seos (1) tuleneb valemist (2), mis on kirjutatud skalaarkujul.

Lorentzi jõud on jõud, millega elektromagnetväli mõjutab selles väljas liikuvat laetud osakest. Lorentzi jõuvalemi sai esmakordselt G. Lorentz kogemuste üldistamise tulemusena ja sellel on vorm:

.

Kus
– elektriväljas laetud osakesele intensiivsusega mõjuv jõud ;
– magnetväljas laetud osakesele mõjuv jõud.

Lorentzi jõu magnetkomponendi valemi saab Ampere'i seadusest, võttes arvesse, et vool on elektrilaengute järjestatud liikumine. Kui magnetväli ei mõjutaks liikuvaid laenguid, ei avaldaks see voolu juhtivale juhile mingit mõju. Lorentzi jõu magnetiline komponent määratakse järgmise avaldise abil:

.

See jõud on suunatud risti tasapinnaga, millel asuvad kiirusvektorid ja magnetvälja induktsioon ; selle suund langeb kokku vektorkorrutise suunaga
Sest q > 0 ja suunaga
Sest q>0 (joonis 2).

Riis. 2. Määrata Lorentzi jõu magnetkomponendi suund

Kui vektor vektoriga risti , siis saab Lorentzi jõu magnetkomponendi suuna positiivselt laetud osakeste puhul leida vasaku käe reegli abil ja negatiivselt laetud osakeste puhul parema käe reegli abil. Kuna Lorentzi jõu magnetkomponent on alati suunatud kiirusega risti , siis ei tee see osakese liigutamiseks mingit tööd. See saab muuta ainult kiiruse suunda , painutada osakese trajektoori, s.o. toimivad tsentripetaalse jõuna.

Magnetväljade arvutamiseks kasutatakse Biot-Savart-Laplace'i seadust (definitsioonid ), mille tekitavad voolu kandvad juhid.

Biot-Savart-Laplace'i seaduse järgi juhi iga voolusuunaline element loob kaugel asuvas punktis sellest elemendist tekib magnetväli, mille induktsiooni määrab seos:

.

Kus
H/m – magnetkonstant; µ – kandja magnetiline läbilaskvus.

Riis. 3. Biot-Savart-Laplace'i seaduse poole

Suund
langeb kokku vektori korrutise suunaga
, st.
risti tasapinnaga, millel vektorid asuvad Ja . Samaaegselt
on puutuja jõujoonega, mille suunda saab määrata kardaani reegliga: kui gimleti otsa translatsiooniline liikumine on suunatud piki voolu, siis käepideme pöörlemissuund määrab hoova suuna. magnetvälja joon (joonis 3).

Kogu juhi loodud magnetvälja leidmiseks peate rakendama välja superpositsiooni põhimõtet:

.

Näiteks arvutame magnetilise induktsiooni ringvoolu keskpunktis (joonis 4).

Riis. 4. Ringvoolu keskpunktis oleva välja arvutamise suunas

Ringvoolu jaoks
Ja
, seetõttu on relatsioonil (5) skalaarkujul vorm:

Koguvooluseadus (magnetilise induktsiooni tsirkulatsiooni teoreem) on teine ​​​​magnetväljade arvutamise seadus.

Vaakumi magnetvälja koguvooluseadus on järgmine:

.

Kus B l – projektsioon juhtelemendi kohta , mis on suunatud piki voolu.

Magnetilise induktsiooni vektori tsirkulatsioon piki mis tahes suletud ahelat võrdub magnetkonstandi ja selle ahelaga hõlmatud voolude algebralise summa korrutisega.

Ostrogradsky-Gaussi teoreem magnetvälja kohta on järgmine:

.

Kus B n – vektorprojektsioon normaalseks saidile dS.

Magnetilise induktsiooni vektori voog läbi suvalise suletud pinna on null.

Magnetvälja olemus tuleneb valemitest (9), (10).

Elektrivälja potentsiaalsuse tingimus on, et intensiivsusvektori tsirkulatsioon on võrdne nulliga
.

Potentsiaalne elektriväli tekib statsionaarsete elektrilaengute poolt; Väljajooned ei ole suletud, need algavad positiivsete laengutega ja lõpevad negatiivsete laengutega.

Valemist (9) näeme, et magnetväljas erineb magnetilise induktsiooni vektori tsirkulatsioon nullist, seega ei ole magnetväli potentsiaalne.

Seosest (10) järeldub, et potentsiaalseid magnetvälju tekitavaid magnetlaenguid ei eksisteeri. (Elektrostaatikas hõõgub sarnane teoreem kujul
.

Magnetilised jõujooned sulguvad ise. Sellist välja nimetatakse keeriseväljaks. Seega on magnetväli keerisväli. Väljajoonte suund määratakse gimleti reegliga. Sirge, lõpmatult pika voolu kandva juhi puhul on jõujooned juhti ümbritsevate kontsentriliste ringidena (joonis 3).

HARIDUS- JA TEADUSMINISTEERIUM

VENEMAA FÖDERATSIOON

Föderaalosariigi EELARVEST KÄSITLEV KÕRGHARIDUSASUTUS

"KURGANI RIIKÜLIKOOL"

ABSTRAKTNE

Õppeaines "Füüsika" Teema: "Lorentzi jõu rakendamine"

Lõpetanud: T-10915 rühma õpilane Logunova M.V.

Õpetaja Vorontsov B.S.

Kurgan 2016

Sissejuhatus 3

1. Lorentzi jõu kasutamine 4

1.1. Elektronkiire seadmed 4

1.2 Massispektromeetria 5

1,3 MHD generaator 7

1.4 Cyclotron 8

Järeldus 10

Viited 11

Sissejuhatus

Lorentzi jõud- jõud, millega elektromagnetväli klassikalise (mitte-kvant)elektrodünaamika järgi mõjub punktlaenguga osakesele. Mõnikord nimetatakse Lorentzi jõudu jõuks, mis mõjub liikuvale objektile kiirusega υ tasu q ainult magnetvälja küljelt, sageli täistugevusel - üldiselt elektromagnetvälja küljelt, teisisõnu elektrivälja küljelt E ja magnetiline B väljad.

Rahvusvahelises mõõtühikute süsteemis (SI) väljendatakse seda järgmiselt:

F L = q υ B sin α

See on nime saanud Hollandi füüsiku Hendrik Lorentzi järgi, kes tuletas selle jõu väljendi 1892. aastal. Kolm aastat enne Lorenzi leidis õige väljendi O. Heaviside.

Lorentzi jõu makroskoopiline ilming on Ampere jõud.

1. Kasutades Lorentzi jõudu

Magnetvälja mõju liikuvatele laetud osakestele on tehnoloogias väga laialdaselt kasutusel.

Lorentzi jõu (täpsemalt selle erijuhtumi - Ampere jõu) peamine rakendusala on elektrimasinad (elektrimootorid ja generaatorid). Lorentzi jõudu kasutatakse laialdaselt elektroonikaseadmetes, et mõjutada laetud osakesi (elektronid ja mõnikord ka ioonid), näiteks televisioonis. elektronkiiretorud, V massispektromeetria Ja MHD generaatorid.

Samuti kasutatakse praegu kontrollitud termotuumareaktsiooni läbiviimiseks loodud eksperimentaalsetes installatsioonides plasma magnetvälja mõju, et see keerata nööriks, mis ei puuduta töökambri seinu. Laetud osakeste ringikujulist liikumist ühtlases magnetväljas ja sellise liikumise perioodi sõltumatust osakeste kiirusest kasutatakse laetud osakeste tsüklilistes kiirendites - tsüklotronid.

1. 1. Elektronkiire seadmed

Elektronkiirseadmed (EBD) on vaakumelektrooniliste seadmete klass, mis kasutavad elektronide voogu, mis on kontsentreeritud ühe kiire või kiirte kujul ja mida juhitakse nii intensiivsuse (voolu) kui ka asukoha poolest ruumis ning mis interakteeruvad seadme statsionaarne ruumiline sihtmärk (ekraan). ELP-i peamiseks rakendusalaks on optilise informatsiooni muundamine elektrilisteks signaalideks ja elektrisignaali vastupidine muundamine optiliseks signaaliks – näiteks nähtavaks telepildiks.

Katoodkiirseadmete klassi ei kuulu röntgenlambid, fotoelemendid, fotokordistid, gaaslahendusseadmed (dekatronid) ning vastuvõtvad ja võimendavad elektronlambid (kiirtetroodid, elektrilised vaakumindikaatorid, sekundaarse emissiooniga lambid jne). voolude kiirkuju.

Elektronkiire seade koosneb vähemalt kolmest põhiosast:

Elektrooniline prožektor (püstol) moodustab elektronkiire (või kiirte kiire, näiteks kolm kiirt värvilises pilditorus) ja juhib selle intensiivsust (voolu);

Paindesüsteem kontrollib kiire ruumilist asendit (selle kõrvalekalle prožektori teljest);

Vastuvõtva ELP sihtmärk (ekraan) muundab kiire energia nähtava kujutise valgusvooks; edastava või salvestava ELP sihtmärk kogub ruumilise potentsiaali reljeefi, mida loeb skaneeriv elektronkiir

Riis.

1 CRT seade

CRT-silindris luuakse sügav vaakum. Elektronkiire loomiseks kasutatakse seadet, mida nimetatakse elektronkahuriks. Hõõgniidi poolt kuumutatud katood kiirgab elektrone. Juhtelektroodi (modulaatori) pinget muutes saate muuta elektronkiire intensiivsust ja vastavalt ka pildi heledust. Pärast püstolist lahkumist kiirendatakse elektrone anood. Järgmisena läbib tala läbipaindesüsteemi, mis võib muuta tala suunda. Televiisori kineskooptorud kasutavad magnetilist kõrvalekaldesüsteemi, kuna see tagab suured läbipaindenurgad. Oscillograafilised CRT-d kasutavad elektrostaatilist läbipaindesüsteemi, kuna see tagab suurema jõudluse. Elektronkiir tabab fosforiga kaetud ekraani. Elektronidest pommitades luminofoor helendab ja kiiresti liikuv muutuva heledusega koht loob ekraanile pildi.

Jõud, mida magnetväli avaldab liikuvale elektriliselt laetud osakesele.

kus q on osakese laeng;

V - laadimiskiirus;

a on nurk laengu kiiruse vektori ja magnetilise induktsiooni vektori vahel.

Lorentzi jõu suund määratakse vasaku käe reegli järgi:

Kui asetate vasaku käe nii, et kiirusega risti olev induktsioonivektori komponent siseneb peopessa ja neli sõrme asetsevad positiivse laengu liikumiskiiruse suunas (või vastupidi negatiivne laeng), näitab painutatud pöial Lorentzi jõu suunda:

.

Kuna Lorentzi jõud on alati laengu kiirusega risti, siis see ei tööta (st ei muuda laengu kiiruse ja selle kineetilise energia väärtust).

Kui laetud osake liigub paralleelselt magnetvälja joontega, siis Fl = 0 ning laeng magnetväljas liigub ühtlaselt ja sirgjooneliselt.

Kui laetud osake liigub magnetvälja joontega risti, on Lorentzi jõud tsentripetaalne:

ja loob tsentripetaalse kiirenduse, mis on võrdne:

Sel juhul liigub osake ringikujuliselt.

.

Newtoni teise seaduse kohaselt on Lorentzi jõud võrdne osakese massi ja tsentripetaalkiirenduse korrutisega:

siis ringi raadius:

ja laengu pöörde periood magnetväljas:

Kuna elektrivool kujutab endast laengute korrapärast liikumist, on magnetvälja mõju voolu kandvale juhile selle toime tulemus üksikutele liikuvatele laengutele. Kui sisestada magnetvälja voolu juhtiv juht (joonis 96a), siis näeme, et magneti ja juhi magnetväljade liitmise tulemusena suureneb tekkiv magnetväli ühel pool magnetvälja. juht (ülaltoodud joonisel) ja magnetväli nõrgeneb teisel pool juhil (alloleval joonisel). Kahe magnetvälja toimel magnetjooned painduvad ja kokku tõmbuda püüdes suruvad juhi alla (joon. 96, b).

Magnetväljas voolu juhtivale juhile mõjuva jõu suunda saab määrata vasaku käe reegliga. Kui vasak käsi asetatakse magnetvälja nii, et põhjapoolusest väljuvad magnetjooned näivad sisenevat peopesale ja neli välja sirutatud sõrme langevad kokku juhis oleva voolu suunaga, siis suur painutatud sõrm käsi näitab jõu suunda. Juhi pikkuse elemendile mõjuv amprijõud sõltub: magnetinduktsiooni B suurusest, voolu suurusest juhis I, juhi pikkuse elemendist ja nurga a siinusest juhi pikkuse elemendi suund ja magnetvälja suund.

Seda sõltuvust saab väljendada järgmise valemiga:

Lõpliku pikkusega sirge juhi korral, mis on paigutatud risti ühtlase magnetvälja suunaga, on juhile mõjuv jõud võrdne:

Viimasest valemist määrame magnetinduktsiooni mõõtme.

Kuna jõu mõõde on:

st induktsiooni mõõde on sama, mis saime Bioti ja Savarti seadusest.

Tesla (magnetilise induktsiooni ühik)

Tesla, magnetinduktsiooni ühik Rahvusvaheline mõõtühikute süsteem, võrdne magnetiline induktsioon, mille juures magnetvoog läbi pindala 1 ristlõike m 2 võrdub 1 Weber. Nimetatud N järgi. Tesla. Nimetused: vene keel tl, rahvusvaheline T. 1 tl = 104 gs(gauss).

Magnetiline pöördemoment, magnetiline dipoolmoment– aine magnetilisi omadusi iseloomustav põhikogus. Magnetmomenti mõõdetakse A⋅m 2 või J/T (SI) või erg/Gs (SGS), 1 erg/Gs = 10 -3 J/T. Elementaarse magnetmomendi spetsiifiline ühik on Bohri magneton. Elektrivooluga lameahela korral arvutatakse magnetmoment järgmiselt

kus on voolutugevus ahelas, on vooluringi pindala, on vooluringi tasandi normaalvektori ühikvektor. Magnetmomendi suund leitakse reeglina gimleti reegli järgi: kui keerata gimleti käepidet voolu suunas, siis magnetmomendi suund langeb kokku gimleti translatsioonilise liikumise suunaga.

Suvalise suletud ahela jaoks leitakse magnetmoment järgmiselt:

,

kus on lähtepunktist kontuuri pikkuse elemendini tõmmatud raadiuse vektor

Üldjuhul suvalise voolujaotuse korral meediumis:

,

kus on voolutihedus mahuelemendis.

Seega mõjub pöördemoment magnetväljas voolu kandvale ahelale. Kontuur on orienteeritud välja antud punktis ainult ühel viisil. Võtame normaalse positiivse suuna magnetvälja suunaks antud punktis. Pöördemoment on otseselt võrdeline vooluga I, kontuuriala S ning magnetvälja suuna ja normaalväärtuse vahelise nurga siinus.

Siin M - pöördemoment , või jõu hetk , - magnetmoment ahel (sarnaselt - dipooli elektrimoment).

Mittehomogeensel väljal () kehtib valem, kui kontuuri suurus on üsna väike(siis võib välja lugeda kontuuri piires ligikaudu ühtlaseks). Järelikult kipub vooluga vooluahel ikkagi ümber keerama nii, et selle magnetmoment on suunatud mööda vektori jooni.

Aga lisaks sellele mõjub ahelale resultantjõud (ühtlase välja korral ja . See jõud mõjub hetkega vooluga vooluringile või püsimagnetile ja tõmbab need tugevama magnetvälja piirkonda.
Töötage vooluahela liigutamisega magnetväljas.

Lihtne on tõestada, et magnetväljas voolu kandva ahela liigutamiseks tehtud töö on võrdne , kus ja on kontuuriala läbivad magnetvood lõpp- ja algasendis. See valem kehtib, kui voolutugevus ahelas on konstantne, st. Ahela liigutamisel ei võeta arvesse elektromagnetilise induktsiooni nähtust.

Valem kehtib ka suurte vooluringide puhul väga ebaühtlases magnetväljas (esineb I= konst).

Lõpuks, kui vooluahelat ei nihutata, vaid muudetakse magnetvälja, s.t. muuta magnetvoogu läbi vooluringiga kaetud pinna väärtusest kuni siis selleks tuleb teha sama töö . Seda tööd nimetatakse vooluringiga seotud magnetvoo muutmise tööks. Magnetilise induktsiooni vektori voog (magnetvoog) läbi ala dS on skalaarne füüsikaline suurus, mis on võrdne

kus B n =Вcosα on vektori projektsioon IN normaalsuuna suunas saidile dS (α on vektorite vaheline nurk n Ja IN), d S= dS n- vektor, mille moodul on võrdne dS-ga ja selle suund langeb kokku normaalsuunaga n saidile. Vooluvektor IN võib olla kas positiivne või negatiivne, olenevalt cosα märgist (määratakse, valides normaalse positiivse suuna n). Vooluvektor IN tavaliselt seostatakse vooluringiga, mille kaudu vool liigub. Sel juhul määrasime normaalse positiivse suuna kontuurile: seda seostatakse vooluga parempoolse kruvi reegli järgi. See tähendab, et magnetvoog, mille vooluring loob läbi enda poolt piiratud pinna, on alati positiivne.

Magnetilise induktsiooni vektori Ф B voog läbi suvalise etteantud pinna S on võrdne

(2)

Ühtlase välja ja tasase pinna jaoks, mis asub vektoriga risti IN, B n = B = püsiv ja

See valem annab magnetvoo ühiku weber(Wb): 1 Wb on magnetvoog, mis läbib tasast pinda pindalaga 1 m 2, mis asub risti ühtlase magnetväljaga ja mille induktsioon on 1 T (1 Wb = 1 T.m 2).

Gaussi teoreem väljale B: magnetilise induktsiooni vektori voog läbi mis tahes suletud pinna on null:

(3)

See teoreem peegeldab tõsiasja, et pole magnetlaenguid, mille tulemusena magnetinduktsiooni joontel ei ole algust ega lõppu ning need on suletud.

Seetõttu vektorvoogude jaoks IN Ja E läbi suletud pinna keeris- ja potentsiaalväljades saadakse erinevad valemid.

Näitena leiame vektori voo IN läbi solenoidi. Magnetilise läbilaskvusega μ südamikuga solenoidi sees oleva ühtlase välja magnetiline induktsioon on võrdne

Magnetvoog läbi solenoidi ühe pöörde pindalaga S on võrdne

ja kogu magnetvoog, mis on seotud solenoidi kõigi pööretega ja mida nimetatakse vooluühendus,

Avage vasaku käe peopesa ja sirutage kõik sõrmed. Painutage pöialt kõigi teiste sõrmede suhtes 90-kraadise nurga all, peopesaga samal tasapinnal.

Kujutage ette, et teie peopesa neli sõrme, mida hoiate koos, näitavad laengu kiiruse suunda, kui see on positiivne, või vastupidist suunda, kui laeng on negatiivne.

Magnetilise induktsiooni vektor, mis on alati suunatud kiirusega risti, siseneb seega peopessa. Nüüd vaadake, kuhu pöial näitab – see on Lorentzi jõu suund.

Lorentzi jõud võib olla null ja sellel ei ole vektorkomponenti. See juhtub siis, kui laetud osakese trajektoor on paralleelne magnetvälja joontega. Sel juhul on osakesel sirgjooneline trajektoor ja püsikiirus. Lorentzi jõud ei mõjuta mingil moel osakese liikumist, sest sel juhul puudub see täielikult.

Kõige lihtsamal juhul on laetud osakesel liikumistrajektoor risti magnetvälja jõujoontega. Seejärel tekitab Lorentzi jõud tsentripetaalse kiirenduse, mis sunnib laetud osakest ringikujuliselt liikuma.

Märge

Lorentzi jõu avastas 1892. aastal Hollandist pärit füüsik Hendrik Lorentz. Tänapäeval kasutatakse seda üsna sageli erinevates elektriseadmetes, mille toime sõltub liikuvate elektronide trajektoorist. Näiteks on need telerite ja monitoride elektronkiiretorud. Igasugused kiirendid, mis kiirendavad laetud osakesi Lorentzi jõudu kasutades tohutu kiiruseni, määravad nende liikumise orbiidid.

Abistavad nõuanded

Lorentzi jõu erijuhtum on Ampere jõud. Selle suund arvutatakse vasaku käe reegli abil.

Allikad:

• Lorentzi jõud
• Lorentzi jõulise vasaku käe reegel

Magnetvälja mõju voolu juhtivale juhile tähendab, et magnetväli mõjutab liikuvaid elektrilaenguid. Magnetväljast liikuvale laetud osakesele mõjuvat jõudu nimetatakse Hollandi füüsiku H. Lorentzi auks Lorentzi jõuks.

Juhised

Jõud – tähendab, et saate määrata selle arvväärtuse (mooduli) ja suuna (vektori).

Lorentzi jõu moodul (Fl) on võrdne voolu pikkusega ∆l juhi lõigule mõjuva jõu mooduli F suhtega sellel lõigul korrapäraselt liikuvate laetud osakeste arvusse N. juht: Fl = F/N ( 1). Lihtsate füüsikaliste teisenduste tõttu saab jõudu F esitada kujul: F= q*n*v*S*l*B*sina (valem 2), kus q on liikuva laeng, n on juhi sektsioon, v on osakese kiirus, S on juhi sektsiooni ristlõikepindala, l on juhi sektsiooni pikkus, B on magnetinduktsioon, sina on kiiruse vahelise nurga siinus ja induktsioonivektorid. Ja teisenda liikuvate osakeste arv kujule: N=n*S*l (valem 3). Asendage valemid 2 ja 3 valemiga 1, vähendage n, S, l väärtusi, selgub Lorentzi jõu jaoks: Fл = q * v * B * sin a. See tähendab, et Lorentzi jõu leidmise lihtsate ülesannete lahendamiseks defineerige ülesande tingimuses järgmised füüsikalised suurused: liikuva osakese laeng, selle kiirus, magnetvälja induktsioon, milles osake liigub, ja nurk nende vahel. kiirus ja induktsioon.

Enne probleemi lahendamist veenduge, et kõik suurused on mõõdetud ühikutes, mis vastavad üksteisele või rahvusvahelisele süsteemile. Vastuse saamiseks njuutonites (N - jõuühik), tuleb laengut mõõta kulonides (K), kiirust - meetrites sekundis (m/s), induktsiooni - teslades (T), siinus alfa - ei ole mõõdetav. number.
Näide 1. Magnetväljas, mille induktsioon on 49 mT, liigub 1 nC laetud osake kiirusega 1 m/s. Kiiruse ja magnetilise induktsiooni vektorid on üksteisega risti.
Lahendus. B = 49 mT = 0,049 T, q = 1 nC = 10 ^ (-9) C, v = 1 m/s, sin a = 1, Fl = ?

Fl = q*v*B*sina = 0,049 T * 10 ^ (-9) C * 1 m/s * 1 = 49 * 10 ^ (12).

Lorentzi jõu suund määratakse vasaku käe reegliga. Selle rakendamiseks kujutage ette järgmist kolme üksteisega risti oleva vektori seost. Asetage vasak käsi nii, et magnetilise induktsiooni vektor siseneks peopessa, neli sõrme on suunatud positiivse (negatiivse liikumise vastu) osakese liikumisele, siis 90 kraadi kõverdatud pöial näitab Lorentzi jõu suunda (vt. joonis).
Lorentzi jõudu rakendatakse monitoride ja telerite teleritorudes.

Allikad:

• G. Ya Myakishev, B.B. Bukhovtsev. Füüsika õpik. 11. klass. Moskva. "Haridus". 2003. aasta
• Lorentzi jõuga seotud probleemide lahendamine

Voolu tegelik suund on suund, milles laetud osakesed liiguvad. See omakorda sõltub nende laengu märgist. Lisaks kasutavad tehnikud tinglikku laengu liikumise suunda, mis ei sõltu juhi omadustest.

Juhised

Laetud osakeste tegeliku liikumissuuna määramiseks järgige järgmist reeglit. Allika sees lendavad nad välja vastupidise märgiga laetud elektroodist ja liiguvad elektroodi poole, mis sel põhjusel omandab osakestega märgilt sarnase laengu. Välisahelas tõmmatakse need elektrivälja toimel välja elektroodilt, mille laeng langeb kokku osakeste laenguga, ja tõmmatakse vastupidiselt laetud laengu poole.

Metallis on voolukandjad vabad elektronid, mis liiguvad kristalsete sõlmede vahel. Kuna need osakesed on negatiivselt laetud, kaaluge nende liikumist allika sees positiivselt negatiivsele elektroodile ja välisahelas negatiivselt positiivsele.

Mittemetallilistes juhtides kannavad elektronid samuti laengut, kuid nende liikumise mehhanism on erinev. Aatomist lahkuv elektron ja seeläbi selle positiivseks iooniks muutmine paneb selle kinni püüdma elektroni eelmisest aatomist. Sama elektron, mis aatomist lahkub, ioniseerib negatiivselt järgmise. Protsessi korratakse pidevalt seni, kuni vooluringis on voolu. Laetud osakeste liikumissuunda peetakse sel juhul samaks, mis eelmisel juhul.

Pooljuhte on kahte tüüpi: elektron- ja aukjuhtivusega. Esimeses on kandjateks elektronid ja seetõttu võib nendes olevate osakeste liikumissuunda pidada samaks, mis metallidel ja mittemetallilistel juhtidel. Teises kannavad laengut virtuaalsed osakesed – augud. Lihtsamalt öeldes võime öelda, et need on omamoodi tühjad ruumid, milles pole elektrone. Elektronide vahelduva nihke tõttu liiguvad augud vastupidises suunas. Kui ühendate kaks pooljuhti, millest ühel on elektrooniline ja teisel aukjuhtivus, on sellisel seadmel, mida nimetatakse dioodiks, alaldavad omadused.

Vaakumis kannavad laengut elektronid, mis liiguvad kuumutatud elektroodilt (katoodilt) külmale (anoodile). Pange tähele, et kui diood alaldub, on katood anoodi suhtes negatiivne, kuid ühise juhtme suhtes, millega on ühendatud anoodi vastas olev trafo sekundaarmähise klemm, on katood positiivselt laetud. Siin pole vastuolu, arvestades pingelanguse olemasolu mis tahes dioodil (nii vaakum- kui ka pooljuhil).

Gaasides kannavad laengut positiivsed ioonid. Pidage neis olevate laengute liikumissuunda vastupidiseks nende liikumise suunale metallides, mittemetallilistes tahkejuhtides, vaakumis, aga ka elektroonilise juhtivusega pooljuhtides ning sarnaseks nende liikumissuunaga aukjuhtivustega pooljuhtides . Ioonid on palju raskemad kui elektronid, mistõttu on gaaslahendusseadmetel suur inerts. Sümmeetriliste elektroodidega ioonseadmetel ei ole ühesuunalist juhtivust, kuid asümmeetriliste elektroodidega on see teatud potentsiaalsete erinevuste vahemikus.

Vedelikes kannavad laengut alati rasked ioonid. Sõltuvalt elektrolüüdi koostisest võivad need olla negatiivsed või positiivsed. Esimesel juhul pidage meeles, et need käituvad sarnaselt elektronidega ja teisel sarnaselt positiivsete ioonidega gaasides või aukudega pooljuhtides.

Elektriahela voolu suuna määramisel arvestage, et olenemata sellest, kus laetud osakesed tegelikult liiguvad, nende liikumist allikas negatiivsest positiivsesse ja välisahelas positiivsest negatiivsesse. Näidatud suunda peetakse tingimuslikuks ja see võeti vastu enne aatomi struktuuri avastamist.

Allikad:

• voolu suund