Форум сайта alsak.ru

Задачи и вопросы по физике => Магнитное поле => Магнетизм => Электродинамика => Движение заряда => : Fiz 25 October 2010, 00:05

: Радиус кривизны заряженных частиц в магнитном поле
: Fiz 25 October 2010, 00:05
Очень срочно нужно. Спасибо!

362. Протон и электрон, ускоренные одинаковой разностью потенциалов, влетают в однородное магнитное поле. Во сколько раз радиус кривизны траектории протона больше радиуса кривизны траектории электрона?
: Re: Радиус кривизны заряженных частиц в магнитном поле
: alsak 25 October 2010, 19:00
Вначале определим от каких параметров зависит радиус кривизны заряженной частицы в магнитном поле.
В задаче описано два процесса. 1 процесс — частица с зарядом q разгоняется в электрическом поле. При этом Aэл = ΔWk, где Aэл = q⋅(φ1 – φ2) — работа электрического поля по разгону частицы, ΔWk = W2W1 — изменение кинетической энергии, W2 = m⋅υ2/2, W1 = 0 — кинетические энергии частицы массой m в конечном положение (на вылете из электрического поля) и в начальном (по умолчанию начальная скорость равна 0). Тогда
 
\[
q \cdot \left(\varphi_1 - \varphi_2 \right) = \frac{m \cdot \upsilon^2}{2}.
 \]  (1)

2 процесс — частица движется в магнитном поле по криволинейной траектории, следовательно, ее скорость перпендикулярна вектору магнитной индукции, т.е. α = 90°. При движении заряженной частицы по окружности, можно записать m⋅aц = Fл, где Fл = q⋅B⋅υ⋅sin α — сила Лоренца, aц = υ2/R — центростремительное ускорение. Тогда
 
\[
\frac{m \cdot \upsilon^2}{R} = q \cdot \upsilon \cdot B,\, \, \, \,
\frac{m \cdot \upsilon}{R} = q\cdot B.
 \]  (2)

Решим систему уравнений (1) и (2). Например, из уравнения (1) находим скорость
 
\[
\upsilon = \sqrt{\frac{2q \cdot \left(\varphi_1 - \varphi_2 \right)}{m}}
 \]

и подставляем ее в уравнение (2)
 
\[
R= \frac{m \cdot \upsilon}{q \cdot B} = \frac{m}{q \cdot B} \cdot
\sqrt{\frac{2q \cdot \left(\varphi_1 - \varphi_2 \right)}{m}} =
\frac{1}{B} \cdot \sqrt{\frac{2m \cdot \left(\varphi_1 - \varphi_2 \right)}{q}}.
 \]

Полученное уравнение распишем для двух частиц: протона и электрона. Эти частицы ускорялись «одинаковой разностью потенциалов» (т.е. у них равны φ1 – φ2), они влетают в одно и то же магнитное поле (у них равные индукции B). Кроме того они имеют численно равные заряды (но противоположные по знаку). Массы протона и электрона найдем в справочнике. С учетом этого получаем
 
\[
\frac{R_p}{R_e} = \frac{1}{B} \cdot \sqrt{\frac{2m_p \cdot
\left(\varphi_1 - \varphi_2 \right)}{q}} \cdot B \cdot
\sqrt{\frac{q}{2m_e \cdot \left(\varphi_1 - \varphi_2 \right)}} =
\sqrt{\frac{m_p}{m_e}},
 \]

Rp/Re ≈ 43.

Придирка к условию: если электрон и протон ускорять в одном и том же электрическом поле, то они полетят в разные стороны. Да и в магнитном поле они будут вращаться в разные стороны.
: Re: Радиус кривизны заряженных частиц в магнитном поле
: Fiz 28 October 2010, 00:03
В электрическом поле электрон и протон будут двигаться по параболе, ветви которой направлены вниз, а в магнитном поле по окружности.
Если знаете как выполнить рисунок к задаче, не могли бы помочь?
: Re: Радиус кривизны заряженных частиц в магнитном поле
: alsak 28 October 2010, 06:45
В электрическом поле электрон и протон будут двигаться по параболе, ветви которой направлены вниз
Это вы от куда взяли?
Траектория движения заряженных частиц зависит от направления скорости по отношению к вектору напряженности. В данной задаче у вас ничего не сказано об этом, да и к решению это не нужно.
: Re: Радиус кривизны заряженных частиц в магнитном поле
: Fiz 28 October 2010, 14:34
Сила Лоренца действует со стороны магнитного поля на электрон!
Не могли бы Вы решить эту задачу по такому плану???
1). Находите работу электрического поля совершаемую над электроном (через заряд и разность потенциалов) и приравниваете ее к кинетической энергии электрона в конце пути.
2). Повторяете пункт 1). теперь для протона.
3). Решая совместно эти 2 уравнения (учитывая равенство зарядов по модулю) находите отношение скоростей.
4). Находим силу Лоренца, действующую со стороны магнитного поля на электрон (через заряд, скорость и магнитную индукцию) и приравняйте ее к центростремительной силе электрона.
5). Повторяем пункт 4). для протона.
6). Решая совместно уравнения 4) и 5) и зная отношение скоростей Э. и П. находим отношение радиусов.
: Re: Радиус кривизны заряженных частиц в магнитном поле
: alsak 28 October 2010, 18:46
Не могли бы Вы решить эту задачу по такому плану???
Не мог, т.к. не считаю, что ваш план дает более простое решение. Возможно, кто-нибудь из посетителей вам поможет.
А чем вас не устраивает мое решение?
: Re: Радиус кривизны заряженных частиц в магнитном поле
: Fiz 28 October 2010, 23:01
Непонятно, причём здесь электрическое поле, протон и электрон движутся ведь в магнитном поле, о нём и речь, а Вы вбабахали сюда ешё и электрическое, причём оно здесь, в задаче ничего не говорится о нём, сказано только, что была сообщена ускоряющая разность потенциалов, а вылетить из магнитного поля частицы не могут!
: Re: Радиус кривизны заряженных частиц в магнитном поле
: alsak 29 October 2010, 06:24
Непонятно, причём здесь электрическое поле, протон и электрон движутся ведь в магнитном поле, о нём и речь, а Вы вбабахали сюда ешё и электрическое, причём оно здесь, в задаче ничего не говорится о нём, сказано только, что была сообщена ускоряющая разность потенциалов, а вылетить из магнитного поля частицы не могут!
Внимательно читаем условие задачи: «Протон и электрон, УСКОРЕННЫЕ ОДИНАКОВОЙ РАЗНОСТЬЮ ПОТЕНЦИАЛОВ, влетают в магнитное поле. …» Другими словами, ПРЕЖДЕ ЧЕМ ПОПАСТЬ в магнитное поле, протон и электрон РАЗГОНЯЛИСЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОЛЕМ («разность потенциалов» — это характеристика электрического поля). И только потом, получив некоторую скорость, эти частицы влетают в магнитное поле.
: Re: Радиус кривизны заряженных частиц в магнитном поле
: Fiz 28 November 2010, 01:57
А можно рисуночек к задачке?
Если Вам нетрудно?
Спасибо!
: Re: Радиус кривизны заряженных частиц в магнитном поле
: alsak 28 November 2010, 10:32
А можно рисуночек к задачке?

См. рисунок для движения частиц в магнитном поле, магнитная индукция направлена от нас: 1 частица - это протон, 2 частица - электрон.
: Re: Радиус кривизны заряженных частиц в магнитном поле
: Fiz 28 November 2010, 13:24
Это рисуночек для протона только, а для электрона та же аналогия изображения?
Знаки плюс означают, что магнитное поле несёт положительные заряды, так ведь?
У электрона только один минус, это значит, что он с магнитным полем не взаимодействует или я ошибаюсь?
Спасибо!
: Re: Радиус кривизны заряженных частиц в магнитном поле
: alsak 28 November 2010, 18:14
Это рисуночек для протона только, а для электрона та же аналогия изображения?
Знаки плюс означают, что магнитное поле несёт положительные заряды, так ведь?
У электрона только один минус, это значит, что он с магнитным полем не взаимодействует или я ошибаюсь?


Нет слов
Прежде чем задавать следующие вопросы, изучите условные обозначения:
Магнитное поле. Условия // Для профильных классов. — 2010. — С. 1-2. (http://www.alsak.ru/component/option,com_jdownloads/Itemid,273/task,view.download/cid,72893/)

На рисунке изображены две частицы
магнитная индукция направлена от нас: 1 частица - это протон, 2 частица - электрон.
: Re: Радиус кривизны заряженных частиц в магнитном поле
: Fiz 28 November 2010, 18:20
Спасибо, скачал.
У меня всегда та же проблема, я не умею рисовать рисунки к задачам.
Посоветуйте пожалуйста что-нибудь из Вашей библиотеки?
Спасибо!