חלקיק טעון מתעקם בשדה מגנטי אחיד. כיוונו משתנה although ה-כוח המגנטי לבדו אינו מגביר את האנרגיה הקינטית שלו.
בנה את המודל
הגודל של הכוח המגנטי הוא F = |q|vB sinθ.
הוא מאונך למהירות ולשדה המגנטי, וכיוונו נקבע על ידי סימן המטען.
לכניסה מאונכת לשדה אחיד, הוא יכול לספק את הכוח הצנטריפטלי לתנועה מעגלית.
כוח מגנטי: הכוח הנובע משדה מגנטי על מטען נעים או זרם.
תנע: מסה מכופלת במהירות במודל הקלאסי.
הכוח המגנטי הוא תמיד מאונך ל-v, ולכן הוא מכופף את המסלול למעגל: r = mv/(qB)
בחר עדויות שיכולות לבחון אותו
השוו את הכוח המגנטי ל-mv²/r כדי לקבל r = mv/(|q|B) לתנועה מאונכת.
שדה חזק יותר גורם למשול רדיוס במומנטום קבוע.
כניסה מקבילה נותנת אפס כוח מגנטי במודל זה.
במעבדה: ציירו מהירות, שדה וכוח בחצים נפרדים לפי החלטות הכניסה/יציאה העמודיות. השתמשו בנתוני האשכול הסופקים או בסימולציה. אל תסתכלו על כיוון חוט המעביר זרם כאילו הוא זהה לכיוון תנועת האלקטרונים.
עבוד מכמויות ידועות
נתון: חלקיק בעל מסת m = 2.0×10⁻²⁷ ק"ג, מהירות v = 3.0×10⁶ מטר לשנייה, גודל המטען |q| = 1.0×10⁻¹⁹ קולון והשדה המגנטי B = 0.20 טסלה. רדיוס המסלול r = mv/(|q|B) = 0.30 מטר.
החישוב מניח תנועה לא-רילטיביסטית וכניסה מאונכת.
תורכם: השתמשו ב-r = mv/(|q|B). עבור m=2×10⁻²⁷ ק"ג, v=2×10⁶ מ"ש, |q|=1×10⁻¹⁹ C ו-B=0.20 טסלה, מצאו את r.
בדוק את המסקנה ואת הגבולות שלה
כוח מגנטי יכול לשנות כיוון תנע מבלי לבצע עבודה.
הוספת שדה חשמלי יכולה לשנות אנרגיה, ולכן מסקנות לגבי שדה מגנטי בלבד אינן מכסות כל מתקן עם שדות משולבים.
אינו נכון: כוח מגנטי בלבד מגדיל ברצף את האנרגיה הקינטית של חלקיק טעון. כוח המאונך למהירות אינו מבצע עבודה (עבודה = כוח × מרחק בכיוון הכוח), ולכן שדה מגנטי בלבד אינו יכול לשנות את האנרגיה הקינטית של חלקיק - רק את כיוונו. ההאצה דורשת רכיב שדה לאורך התנועה, שהיא ספקת רק על ידי שדה חשמלי.
מפת מושגים:
הגודל של הכוח המגנטי הוא F = |q|vB sinθ.
השוו את הכוח המגנטי ל-mv²/r כדי לקבל r = mv/(|q|B) לתנועה מאונכת.
שימו לב: כוח מגנטי יכול לשנות כיוון תנע מבלי לבצע עבודה.
כתוב ממרחק אורביטלי של 0.50 מטר
השתמשו ב-r = mv מחולוקת במכפלת הגודל של המטען ושדה המגנט.
הניחו m = 2 כפול 10 ברמת החזקה הפלוס-27 ק"ג, v = 2 כפול 10 ברמת החזקה פלוס-6 מטר לשנייה, גודל המטען הוא 1 כפול 10 ברמת החזקה הפלוס-19 קולון והשדה המגנטי B = 0.08 טסלה. כוח מגנטי מאונך למהירות אינו מבצע עבודה.
כתוב ממסלול רדיוסי כפול
אותו חלקיק נכנס לשדה זה בעוצמה מחוקקת למחצה.
r = mv ÷ (qB), ולכן החלקת B כופלת את הרדיוס — הספירלה מתרחבת כשהשדה מתחלש.
כתוב מתקופה שאינה תלויה במהירות
חלקיק מהיר וחלקיק איטי בעל אותה מסה מקיפים שדה זה.
T = 2πm ÷ (qB) אינה מכילה v: החלקיק המהיר יותר עובר מעגל גדול יותר באותו זמן.
חקור
Turn the velocity without increasing speed
The lesson’s particle has a 0.30 m radius in a 0.20 T field. Reverse charge or field direction, and compare field strength, curvature and constant kinetic energy on a fixed spatial scale.
נושאים נוספים בIB Diploma Programme · IB Diploma · Physics · SL
