39. Движение заряженных частиц в электростатическом и магнитном поле.

- заряд, прошедший за единицу времени.

- скорость движения зарядов.

- поле движущегося заряда.

- значение напряжения поля для одного заряда.

На заряженную частицу в электростатическом поле действует кулоновская сила, которую можно найти, зная напряженность поля в данной точке: . Эта сила сообщает ускорение , где m — масса заряженной частицы. Как видно, направление ускорения будет совпадать с направлением , если заряд частицы положителен (q > 0), и будет противоположно , если заряд отрицателен (q<0).

• Если электростатическое поле однородное ( = const), то ускорение  a= const и частица будет совершать равноускоренное движение (при отсутствии других сил). Вид траектории частицы зависит от начальных условий.

• Если вначале заряженная частица покоилась (V=0)  или ее начальная скорость сонаправлена с ускорением , то частица будет совершать равноускоренное прямолинейное движение вдоль поля и ее скорость будет расти.

• Если начальная скорость V0 не сонаправлена с ускорением, то частица будет тормозиться в этом поле.

• Если угол между начальной скоростью и ускорением острый 0 < α < 90° (или тупой), то заряженная частица будет двигаться по параболе.  

В о всех случаях при движении заряженной частицы будет изменяться модуль скорости, а следовательно, и кинетическая энергия частицы.

1.  Заряженная частица влетает в магнитное поле со скоростью, направленной вдоль поля  или противоположно  направлению магнитной индукции поля (скорость и магнитная индукция противоположно направлены). В этих случаях сила Лоренца будет равна 0 и частица будет продолжать двигаться равномерно прямолинейно.

2. Заряженная частица движется перпендикулярно линиям магнитной индукции тогда сила Лоренца , следовательно, и сообщаемое ускорение будут постоянны по модулю и перпендикулярны к скорости частицы. В результате частица будет двигаться по окружности , радиус которой можно найти на основании второго закона Ньютона: F=ma ; ; .

Отношение q/m  — называют удельным зарядом частицы.

Период вращения частицы , то есть период вращения не зависит от скорости частицы и радиуса траектории.

40. Магнитное поле в веществе.

Экспериментальные исследования показали, что все вещества в большей или меньшей степени обладают магнитными свойствами. , где - возникшее в результате намагничивания.

Физическая величина, показывающая, во сколько раз индукция   магнитного поля в однородной среде отличается по модулю от индукции магнитного поля в вакууме, называется магнитной проницаемостью: .

, где – магнитная восприимчивость (показывает магнитный момент – как намагничено вещество в данном поле.

Магнитные свойства веществ определяются магнитными свойствами атомов или элементарных частиц (электронов, протонов и нейтронов), входящих в состав атомов. В настоящее время установлено, что магнитные свойства протонов и нейтронов почти в 1000 раз слабее магнитных свойств электронов. Поэтому магнитные свойства веществ в основном определяются электронами, входящими в состав атомов.

Одним из важнейших свойств электрона является наличие у него не только электрического, но и собственного магнитного поля. Собственное магнитное поле электрона называют спиновым (spin – вращение). Электрон создает магнитное поле также и за счет орбитального движения вокруг ядра. Спиновые поля электронов и магнитные поля, обусловленные их орбитальными движениями, и определяют широкий спектр магнитных свойств веществ.

Вещества крайне разнообразны по своим магнитным свойствам. У большинства веществ эти свойства выражены слабо. Слабо-магнитные вещества делятся на две большие группы – парамагнетики и диамагнетики. Они отличаются тем, что при внесении во внешнее магнитное поле парамагнитные образцы намагничиваются так, что их собственное магнитное поле оказывается направленным по внешнему полю, а диамагнитные образцы намагничиваются против внешнего поля. Поэтому у парамагнетиков μ > 1, а у диамагнетиков μ < 1. Отличие μ от единицы у пара- и диамагнетиков чрезвычайно мало.

Вещества, способные сильно намагничиваться в магнитном поле, называются ферромагнетиками. Магнитная проницаемость ферромагнетиков по порядку величины лежит в пределах 10²–10⁵.

К рассматриваемой группе относятся четыре химических элемента: железо, никель, кобальт, гадолиний. Из них наибольшей магнитной проницаемостью обладает железо. Поэтому вся эта группа получила название ферромагнетиков. Для каждого ферромагнетика существует определенная температура (так называемая температура или точка Кюри), выше которой ферромагнитные свойства исчезают, и вещество становится парамагнетиком. У них есть зависимость от внешнего магнитного поля. Ферромагнетические свойства только у веществ в кристаллических решетках.

Магнитные свойства вещества берутся: каждая частица обладает собственным магнитным моментом+движение частиц. В веществе есть заряженные частицы с собственными магнитными моментами и круговые движения частиц.

Орбитальный магнитный момент. У электронов в атомах есть собственные и орбитальные магнитные моменты. У инертных газов сумма равна 0. И в результате попадания этих атомов в поле, они стараются выстроиться по полю. Магнитное поле в парамагнетике больше внешнего. Типичные парамагнетики – кислород, щелочные металлы.

Диамагнетики – все вещества, но эти свойства проявляют те, у кого сумма равна 0. Типичные – инертные газы, угарный газ. Диамагнетики выталкиваются из неоднородного магнитного поля, парамагнетики втягиваются в такое поле. Если суммы магнитного момента нет: электрон попадает в магнитное поле, то он ведет себя как «детский волчок». Орбита электрона ток себя ведет – это движение называется прецессия. Прецессия приводит к возникновению магнитного момента, направленного противоположно магнитному полю.

Для полного размагничивания нужно поместить в поле другого знака (величина для этого – коэруктивная сила). Броуновское движение стремится нарушить установившийся порядок. Броуновское движение тем сильнее, чем выше температура. Для ферромагнетиков есть специальный тип взаимодействия, который заставляет магнитные моменты выстраиваться параллельно (обменными силами). Возникают спонтанные намагничивания (домены). В магнитном поле магнитные моменты стремятся выстраиваться вдоль поля. В результате полного хаоса, устанавливается порядок. Когда увеличивается магнитное поле дальше, то в 1 момент все магнитные моменты поворачиваются вдоль поля. Когда повышается температура колебания атомов в решетке, атом получает большую свободу. Вещество при температуре выше точки Кюри, оно станет парамагнетиком.

Магнитное поле Земли обнаружено в середине века. За 3,5 млн.лет магнитное поле меняло знак несколько раз. Это узнали из анализа намагниченных горных пород. Образовались в разные эпохи, следовательно, намагничены по-разному+ есть возможность для гипотезы о том, что все континенты были одним континентом. Это подтверждается формой береговых линий. Переполюсовки магнитного поля Земли сопровождались резкими изменениями в живом мире. Магнитное поле Земли защищает Землю от космического излучения. Полярные сияния – потоки космического излучения. Почему меняется поле Земли – не известно. И почему существует магнитное поле – не известно. Есть много гипотез о том, как оно возникло (но там много допущений). Строгой периодичности в переполюсовке нет. Последняя инверсия магнитного поля была 1-2 млн.лен назад. Это поле так же делается то больше, то меньше. Максимум был 2000 лет назад, а минимум 6000 лет назад.