§ 30. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном поле
Пример 1. Электрон движется в однородном магнитном поле по окружности радиусом R = 12 см со скоростью, модуль которой значительно меньше модуля скорости света. Определите модуль импульса электрона, если модуль индукции магнитного поля В = 0,020 Тл.
R = 12 см = 0,12 м
В = 0,020 Тл
Решение: По определению модуль импульса электрона p = mv, где m — масса электрона; v — модуль скорости его движения.
На электрон в магнитном поле действуют сила Лоренца и сила тяжести, модуль которой во много раз меньше модуля силы Лоренца. Поэтому действием силы тяжести на движущуюся в магнитном поле заряженную частицу можно пренебречь. Согласно второму закону Ньютона , откуда
, где е = 1,6 · 10–19 Кл — модуль заряда электрона.
Следовательно, .
Ответ: .
Пример 2. Электрон, ускоренный из состояния покоя в электростатическом поле разностью потенциалов U = 270 В, движется параллельно тонкому длинному прямолинейному проводнику, находящемуся в вакууме, на расстоянии r = 5,0 мм от него. Определите модуль силы, которая начнёт действовать на электрон, если по проводнику пустить электрический ток, а также радиус кривизны его траектории в начале искривлённого участка при силе тока в проводнике I = 10 А.
U = 270 В
r = 5,0 мм = 5,0 · 10–3 м
I = 10 А
R — ?
Решение: Модуль скорости движения электрона, ускоренного из состояния покоя в электростатическом поле разностью потенциалов U, можно определить, воспользовавшись формулой (2) . Модуль индукции магнитного поля, образованного тонким длинным прямолинейным проводником, если по нему пропустить электрический ток I:
.
Тогда, воспользовавшись формулой (1), можно определить модуль силы Лоренца:
Как только появляется магнитное поле, создаваемое проводником с током, на электрон начинает действовать сила Лоренца, и электрон продолжает двигаться, но уже с центростремительным ускорением: . Тогда
, откуда
.
Ответ: Fл = 6,2 · 10−16 Н, R = 0,14 м.