протон в магнитном поле
Электрон и протон в магнитном поле
По Ацюковскому: «Магнитное поле само по себе никак не может повлиять на ориентацию электрона вследствие взаимного уравновешивания всех сил, воздействующих на электрон со стороны поля, причем независимо от структуры самого магнитного поля и преобладания в нем кольцевой или поступательной составляющей движения эфира.»
«При отсутствии магнитного поля, т.е. при отсутствии внешних потоков эфира, электроны в проводнике находятся в тепловом движении, среднее положение их главных осей распределено в пространстве равномерно. Положение не меняется, если через проводник проникают потоки эфира, поскольку в каком бы положении ни находился электрон, все моменты давления вокруг него будут уравновешены.
Внешние потоки эфира – внешнее магнитное поле – на каждом электроне создают давление торможения на той стороне электрона, которая обращена к потоку. В соответствии с законами газовой механики на этой стороне образуется уплотнение газа, однако избыток этого давления, создающий момент силы, пытающийся повернуть электрон, уравновешивается таким же моментом силы давления на другом участке того же электрона. Если же проводник начинает двигаться относительно потоков эфира, то симметрия моментов нарушается.» [3, с. 94, 101] – Не совсем верно – на ориентацию всё же влияет. Из построения следует, что электрон (как и протон) будет «поляризоваться» в поле, выстраиваясь своим магнитным моментом по полю (чтобы давление было минимально). Он будет «дуть» эфиром из дырки в том же направлении, что и вектор магнитной индукции во внешнем поле.
На рисунке изображёна заряженная частица (протон) в сечении: один полубублик и второй полубулик. Кольцевое вращение лежит в плоскости линий магнитного поля. Как видно, если одна половинка притягивается полем, то вторая – отталкивается. Взаимно перпендикулярные потоки не взаимодействуют.
В области 1 имеет место притяжение вихрей за счет потоков эфира в плоскости рисунка (тороидальное вращение протона взаимодействует с вращением силовых линий поля: розовые и синие линии), но отталкивания за счет вращения газа (кольцевое вращение протона взаимодействует с поступательным движением силовых линий поля: Fк фисташковые и чёрные линии), так как направление сопрягаемых потоков газа одинаково – в строну, перпендикулярную плоскости рисунка. В области 2 – все наоборот – отталкивание вихрей происходит за счет вращения потоков эфира в плоскости рисунка (розовые и синие линии), а притяжение – за счет противоположного направления движений газа в плоскости, перпендикулярной плоскости рисунка (фисташковые и чёрные линии). Если в соответствии с принципом Максвелла энергии по степеням свободы распределяются равномерно, то
и для случая существования электрона (протона) в свободном эфире можно утверждать, что линейные скорости кольцевого и тороидального движений эфира на поверхности электрона равны и, следовательно, частицы эфира в теле электрона (протона) движутся по винтовой линии с наклоном винта около 45°.
Уберём с рисунка уравновешенные силы и увидим, что кольцо должно развернуться:
Трёхмерное изображение действующих сил будет выглядеть так:
На рисунке все силы теперь уравновешены и действуют на протон «всасывающе». Поэтому, если электрон попадает в область, где существуют какие-либо потоки эфира, то, поскольку градиент скоростей увеличивается, давление на поверхности протона падает, и вихревое кольцо увеличивается в размерах.
Положение равновесия нарушается, если внешней силой, например, электрическим полем, протону (электрону) придано поступательное движение со скоростью uдвиж. Это движение должно проходить не параллельно магнитным линиям, в идеале – перпендикулярно им. В этом случае к скорости потока эфира в электрическом поле uк по поверхности кольца добавляется скорость поступательного движения.
Увеличение скорости вызовет снижение давления и всасывающую силу на одной стороне и подталкивающую силу на второй стороне электрона.
Сила, действующая на эквивалентную поверхность электрона (протона) Sэкв, определится как
что соответствует закону Лоренца для движущегося заряда в магнитном поле. При этом, как видно из рисунка, направление силы перпендикулярно направлению движения частицы. (Можно сравнить этот механизм с эффектом Магнуса, когда вращающийся цилиндр, будучи приведён в поступательное движение, взлетает.) Теперь можно определить, как закручены потоки эфира в электроне и протоне:
Как и ожидалось, протон имеет правовинтовое вращение эфира на своей поверхности.
Опыт. Диск Фарадея.
Из выше описанного следует, что нельзя с помощью постоянного магнитного поля создать в проводе постоянный ток. Но если есть ток, т.е. смещение электронов (uдвиж), тут же появляется постоянное магнитное поле. Есть простой эксперимент, о котором знал еще Фарадей. Над кольцевым магнитом, намагниченным вдоль его центральной оси, установлен медный диск. И тот и другой могут вращаться независимо друг от друга на общей оси. К диску подведены контакты один к оси, второй к его ребру. Когда диск вращается, а магнит неподвижен, на диске появляется э.д.с. Если диск оставить неподвижным, а вращать магнит – никакой э.д.с нет вообще. Чистый ноль! Имеет место уравновешивание давлений, действующих на неподвижный электрон в магнитном поле. А что будет, если мы склеим диск и магнит и будем их вращать вместе? Э.д.с есть, причем ровно такая же, как если бы диск вращался, а магнит оставался неподвижным! Положение существенно меняется, если внешним электрическим полем электрону придано поступательное движение uдвиж. В этом случае к скорости потока эфира в электрическом поле по поверхности кольца добавляется скорость поступательного движения электрона, и возникает разность давлений на электрон со стороны силовых линий магнитного поля, что и соответствует закону Лоренца для движущегося в магнитном поле электрона.
Протон в магнитном поле
Протон в однородном магнитном поле между полюсами магнита под действием силы Лоренца движется по окружности радиусом r. В этом же поле по окружности с таким же радиусом стала двигаться α-частица. Как изменились период обращения в магнитном поле и модуль импульса α-частицы по сравнению с протоном?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
| Период обращения | Модуль импульса |
При движении заряженной частицы в однородном магнитном поле по окружности параметры системы связаны между собой соотношениями
Значит, радиус обращения частицы равен 
А скорость частицы равна 
Модуль импульса частицы будет равен 
Период обращения равен 
Заряд альфа-частицы в два раза больше заряда протона, а её масса в четыре раза больше массы протона, следовательно, период обращения альфа-частицы в два раза больше, чем у протона, её импульс также в два раза больше, чем у протона.
Протон в магнитном поле
Протоны в однородном магнитном поле между полюсами магнита движутся по окружностям радиусом R под действием силы Лоренца. После замены магнита по окружностям тем же радиусом между полюсами стали двигаться α-частицы, обладающие такой же кинетической энергией, как и протоны. Как изменились индукция магнитного поля и скорость движения α-частиц по сравнению со скоростью протонов?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
магнитного поля
При движении заряженной частицы в однородном магнитном поле по окружности параметры системы связаны между собой соотношениями
Индукция магнитного поля равна 
Кинетическая энергия частицы выражается как 
Масса альфа-частицы в четыре раза больше массы протона, следовательно, при сохранении кинетической энергии, скорость альфа-частиц меньше скорости протонов в два раза. Заряд альфа-частицы в два раза больше заряда протона, тогда из формулы для индукции магнитного поля получаем, что индукция магнитного поля не изменилась.
Протон в магнитном поле
В однородном магнитном поле с индукцией 
протон движется перпендикулярно вектору 
индукции со скоростью 
Определите радиус траектории протона.
Протон движется в магнитном поле под действием силы Лоренца 
По второму закону Ньютона 
При этом протон движется по окружности с центростремительным ускорением 
Объединяя формулы, выражаем радиус окружности, по которой движется протон:
| Критерии оценивания выполнения задания | Баллы |
|---|---|
| Приведено полное решение, включающее следующие элементы: I) записаны положения теории и физические законы, закономерности, применение которых необходимо для решения задачи выбранным способом; II) сделан правильный рисунок с указанием сил, действующих на контур; III) описаны все вновь вводимые в решении буквенные обозначения физических величин (за исключением обозначений констант, указанных в варианте КИМ, обозначений величин, используемых в условии задачи, и стандартных обозначений величин, используемых при написании физических законов); IV) представлены необходимые математические преобразования и расчёты (подстановка числовых данных в конечную формулу), приводящие к правильному числовому ответу (допускается решение «по частям» с промежуточными вычислениями); V) представлен правильный ответ с указанием единиц измерения искомой величины | 3 |
| Правильно записаны все необходимые положения теории, физические законы, закономерности, и проведены необходимые преобразования, но имеется один или несколько из следующих недостатков. Записи, соответствующие пунктам II и III, представлены не в полном объёме или отсутствуют. В решении имеются лишние записи, не входящие в решение (возможно, неверные), которые не отделены от решения и не зачёркнуты. В необходимых математических преобразованиях или вычислениях допущены ошибки, и (или) в математических преобразованиях/вычислениях пропущены логически важные шаги. Отсутствует пункт V, или в нём допущена ошибка (в том числе в записи единиц измерения величины) | 2 |
| Представлены записи, соответствующие одному из следующих Представлены только положения и формулы, выражающие физические законы, применение которых необходимо для решения данной задачи, без каких-либо преобразований с их использованием, направленных на решение задачи. В решении отсутствует ОДНА из исходных формул, необходимая для решения данной задачи (или утверждение, лежащее в основе решения), но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи. В ОДНОЙ из исходных формул, необходимых для решения данной задачи (или в утверждении, лежащем в основе решения), допущена ошибка, но присутствуют логически верные преобразования с имеющимися формулами, направленные на решение задачи | 1 |
| Все случаи решения, которые не соответствуют вышеуказанным критериям выставления оценок в 1, 2, 3 балла | 0 |
| Максимальный балл | 3 |
Так „е„ это ведь электрон вроде?тогда зачем в условии говориться про протон?обясните пожалуста
Заряды протона и электрона равны по абсолютной величине. А так как нас не интересует, в каком направлении вращается заряженная частица (это определяется знаком заряда), а только радиус ее траектории, то в качестве обозначения для заряда вполне возможно использовать букву 
. Тем самым подразумевается, что это не произвольный заряд, а вполне определенный. Если Вам не нравится, то можете обозначить заряд через 
.
Протон в магнитном поле
Протон, летящий со скоростью v = 0,01с (1% от скорости света в вакууме), попадает в область пространства толщиной d = 2 см, где имеется однородное магнитное поле с индукцией B = 1,5 Тл, направленное перпендикулярно вектору 
(см. рис.).
На какой угол 
повернётся вектор скорости протона после вылета из этой области?
После попадания протона (его заряд e равен по модулю заряду электрона) в область, где есть магнитное поле, на него начинает действовать сила Лоренца 
направленная всё время перпендикулярно скорости 
(см. рис.).
Согласно второму закону Ньютона, протон массой m при этом движется по дуге окружности радиусом R с центростремительным ускорением, равным 
то есть 
откуда 
Как видно из рисунка, если 
то угол φ поворота вектора скорости протона после выхода из поля равен 
Если же 
то протон опишет в области поля полуокружность и выйдет из этой области, повернув свою скорость υ на угол = 180°.
Найдём значение R при условиях нашей задачи:
так что 
Ответ: 