16.2. Сила Ампера.

Сила, действующая на элемент тока в магнитном поле , называется силой Ампера и определяется по формуле

Рис. 16.3.

Направление силы Ампера мы узнаем по правилу левой руки.

1. Направление линий магнитной индукции входит в левую ладонь.

2. Пальцы вытянуты по направлению тока.

3. Отогнутый большой палец указывает направление силы Ампера.

Рис. 16.4.

Применим правило левой руки для объяснения опыта Ампера (взаимодействие двух параллельных проводников с током):

Рис. 16.5.

На рисунке показано направление силы Ампера в случаях, когда токи I₁ и I₂ параллельны и антипараллельны.

В системе СИ основной единицей силы тока является ампер ([I]=A). Под силой тока в один ампер понимают силу такого неизменяющегося тока, который, протекая по двум бесконечно длинным и тонким проводникам, разнесенным в вакууме на расстояние 1м друг от друга, вызывает силу взаимодействия 210^-7 Н на каждый метр длины проводника.

16.3. Работа по перемещению проводника с током в магнитном поле.

Введя понятие потока магнитной индукции, можно рассчитать работу по перемещению проводника с током в магнитном поле. Пусть проводник CD может передвигаться под действием силы Ампера . Тогда работа по его перемещению будет равна

где

S=lx – т. н. “покрытая” площадь,

=ВS – изменение магнитного потока.

Рис. 16.6.

16.4. Сила Лоренца

Рассчитаем силу, которая действует на один отдельно взятый движущийся заряд q (рис. 16.7)

Рис. 16.7.

Осуществим подстановки:

или, в векторной форме:

Если движется положительный заряд (q>0), то .

Если движется отрицательный заряд (q<0), то .

Рассмотрим частные случаи движения заряженной частицы в магнитном поле.

1. Движение прямолинейное и равномерное, т. е.

Рис. 16.8.

Уравнение движения x=vt.

2.

Траектория движения— окружность.

Рис. 16.9.

Период вращения по определению

Подставив (16.14) в (16.15), получим

3. Частица влетает под произвольным углом .

Выбираем систему координат и разложим вектор скорости на две составляющие.

Применим принцип независимости движений Галилея.

Траектория — винтовая линия.

Параметры: радиус винта и шаг.

Шаг винта — расстояние, которое проходит заряд вдоль оси винта за время Т.

Рис. 16.10.

Измерив экспериментально параметры траектории, можно определить величину удельного заряда частицы .

Метод магнитной фокусировки

Буш применил для определения удельного заряда электрона метод магнитной фокусировки. Суть этого метода заключается в следующем. Допустим, что в однородном магнитном поле вылетает из некоторой точки слегка расходящийся пучок электронов, имеющих одинаковую по величине скорость v, Направления, по которым вылетают электроны, образуют с направлением В небольшие углы . Электроны в этом случае движутся по спиральным траекториям, совершая за одинаковое время (16.17) полный оборот и смещаясь вдоль направления поля на расстояние (16.18). Вследствие малости углов  расстояния (16.18) для данных электронов оказываются практически одинаковыми и равными vT (для малых углов cos1). Следовательно, слегка расходящийся пучок сфокусируется в точке, отстоящей от точки вылета электронов на расстояние

(16.19)

В опыте Буша электроны, испущенные раскаленным катодом К (рис. 16.11), ускоряются, проходя разность потенциалов U, приложенную между катодом и анодом А. В результате они приобретают скорость v, значение которой может быть найдено из соотношения

(16.20)

Рис. 16.11.

Вылетев затем из отверстия в аноде, электроны образуют узкий пучок, направленный вдоль оси эвакуированной трубки, вставленной внутрь соленоида. На входе в соленоид помещается конденсатор, на который подается переменное напряжение. Поле, создаваемое конденсатором, отклоняет электроны пучка от оси прибора на небольшие изменяющиеся со временем углы . Это приводит к “завихрению” пучка – электроны начинают двигаться по различным спиральным траекториям. На выходе из соленоида ставится флуоресцирующий экран. Если подобрать магнитную индукцию В так, чтобы расстояние l от конденсатора до экрана удовлетворяло условию

l=nl (16.21)

(l – шаг спирали, n – целое число), то точка пересечения траекторий электронов попадет на экран – электронный пучок окажется сфокусированным в этой точке и возбудит на экране резкое светящееся пятно. Если условие не соблюдается, светящееся пятно на экране будет размытым. Решив совместно уравнения (16.19),(16.20) и (16.21), можно найти e/m и v.

Наиболее точное значение удельного заряда электрона, установленное с учетом результатов, полученных разными методами, равно