Магнетизм як релятивістський ефект 1

Дія магнітного поля на рухомий заряд. Сила Лоренца.

На провідник зі струмом в магнітному полі діє сила, яка визначається законом Ампера

Покажемо, як із закону Ампера можна отримати формулу для сили Лоренца, що діє на окрему заряджену частинку, яка рухається в магнітному полі. Для цього розглянемо величину. яка іноді називається елементом струму.

Відповідно до класичної теорії електропровідності для сили струму провідності можна записати

де j # 150; щільність струму, # 150; площа поперечного перерізу елемента провідника, υ # 150; швидкість упорядкованого руху заряджених частинок і n # 150; число часток в одиниці об'єму. Помноживши обидві частини виразу (2) на dl отримаємо

Твір дає число dn заряджених частинок в обсязі обраного елемента провідника. Тоді формулу (3) можна записати у вигляді

або у векторній формі

тому напрями векторів і збігаються.

Підставивши (4) в (1) отримаємо інший вид формули для сили Ампера

Останній вираз визначає силу, що діє на dn число заряджених частинок. Поділивши силу на це число частинок, отримаємо формулу для сили Лоренца. діючої на окрему заряджену частинку

Чисельне значення сили визначається формулою

Таким чином, сила Лоренца # 150; це сила, що діє на частинку із зарядом q. що рухається зі швидкістю υ в магнітному полі з індукцією В. Так як формула (6) отримана із закону Ампера, то напрямок сили Лоренца визначається так само, як напрям сили Ампера, тобто правилом лівої руки.

Сила Лоренца завжди направлена перпендикулярно вектору швидкості частинки, повідомляючи їй нормальне прискорення (змінюючи лише напрямок швидкості). Абсолютне значення швидкості зарядженої частинки і її кінетична енергія в магнітному полі не змінюються. Сила Лоренца не здійснює роботу. Слід зазначити, що це справедливо тільки в разі не змінюються в часі полів.

У загальному випадку, коли заряджена частинка рухається одночасно і в електричному і в магнітному полях, результуюча сила, що діє на частинку, визначається геометричній сумою сил

де # 150; напруженість електричного поля.

Рух заряджених частинок в магнітному полі

Отриманий вираз для сили Лоренца дозволяє встановити закономірності руху заряджених частинок в магнітному полі. З формул (6) і (7) випливає, що при русі зарядженої частинки уздовж лінії магнітної індукції () сила Лоренца дорівнює нулю.

Якщо частка влітає в магнітне поле перпендикулярно лініям магнітної індукції, сила Лоренца буде максимальною і рівною

У будь-якій точці траєкторії сила Лоренца спрямована перпендикулярно швидкості частинки, тобто вона є доцентровою силою. Тому

де m # 150; це маса частинки, а R # 150; радіус кривизни траєкторії.

З формули (10) висловимо R

В однорідному полі B = const і швидкість не змінюється за величиною. Отже, радіус кривизни також буде постійним. Це означає, що траєкторія частки буде являти собою коло. Таким чином, в поперечному магнітному полі () зарядженачастка рівномірно обертається по колу навколо вектора В.

Період обертання визначається формулою

З формули (12) випливає, що період обертання частинки не залежить від її швидкості.

У загальному випадку, коли частка влітає в однорідне магнітне поле під деяким кутом  до ліній магнітної індукції, вона буде рухатися по гвинтовій траєкторії. В цьому випадку сила Лоренца змінює тільки напрям нормальної складової швидкості, змушуючи частку рухатися по колу навколо вектора В. В той же час поздовжнє складова швидкості не змінюється і частка буде рівномірно рухатися уздовж вектора В.

Принцип дії циклічних прискорювачів заряджених частинок

Незалежність періоду Т звернення зарядженої частинки від її швидкості в однорідному магнітному полі використовується в прискорювачах заряджених частинок. Одним із прикладів таких прискорювачів є циклотрон. Циклотрон складається з двох дуантов # 150; порожнистих металевих полуцилиндров 1 і 2, розділених вузькою щілиною. Дуанти поміщені у вакуумну камеру і розташовані між полюсами сильного електромагніта. На дуанти подається змінна напруга, так, що в щілини виникає електричне поле, здатне прискорювати заряджені частинки. Таким чином, в циклотроні частки рухаються в поперечних електричному і магнітному полях.

Прискорювані частки (найчастіше протони) вводяться в прискорювач поблизу його центру. Спочатку, володіючи малою швидкістю, частинки описують всередині першого дуанта дугу малого радіусу. Потрапляючи в електричне поле між дуантами, вони прискорюються і в другому дуантов вже рухаються по дузі більшого радіуса (див. Ф. 11). Знову потрапляючи в електричне поле, частинки знову прискорюються, збільшуючи радіус траєкторії. Так триває до тих пір, поки радіус траєкторії часток не зрівняється з радіусом дуантов. Такий рух по розкручування спіралі досягається тоді, коли період коливань напруги між дуантами дорівнює періоду обертання частинок. У цьому випадку кожен раз при попаданні частки в зазор, вона буде прискорюватися. В результаті багаторазового прискорення зарядженої частинки електричним полем, її кінетична енергія може досягати значень до 20 МеВ. Подальше прискорення частинок в циклотроні стає неможливим через релятивістського зростання їх маси і пов'язаного з цим збільшенням періоду обігу. Для прискорення частинок до великих енергій використовуються ФАЗОТРОН.

Релятивістське тлумачення магнітного взаємодії

При русі зарядженої частинки зі швидкістю υ в магнітному полі вона буде відчувати на собі дію сили Лоренца. Слід уточнити, що в даному випадку мова йде про швидкість руху частинки відносно магнітного поля. В системі відліку, щодо якої зарядженачастка спочиває, вона не буде відчувати на собі дію сили Лоренца. Тобто магнітне взаємодія є відносним.

Формули перетворень Лоренца для компонентів векторів і електричного і магнітного полів при переході до нерухомої системі відліку До від системи K # 146 ;. рухається відносно системи К рівномірно і прямолінійно вздовж осі Х зі швидкістю υ. мають такий вигляд

Як це випливає з наведених формул, в нерухомих системах відліку (при υ = 0) існують або електричне поле, що характеризується векторами і. або магнітне поле, що характеризується векторами і.

Перш, при розгляді наслідків з перетворень Лоренца, було показано, що релятивістські ефекти (наприклад, скорочення поздовжнього розміру і маси тіла) виявляються при швидкостях, близьких швидкості світла. У той же час, хоча швидкість упорядкованого руху електронів провідності дуже мала (порядку 10 -3 м / с), між провідниками зі струмами виникає магнітне взаємодія. Цей, на перший погляд, суперечливий результат пояснюється дуже великий (близько 10 28 м -3) концентрацією електронів провідності в провіднику.

Узагальнюючи сказане, зазначимо, що електричне і магнітне взаємодії становлять частини єдиного електромагнітного взаємодії. Існує єдине електромагнітне поле, яке, в залежності від вибору системи відліку, проявляється в електричному або магнітному взаємодіях.

Питання для самоперевірки:

Яке прискорення повідомляє зарядженої частинки сила Лоренца?
Чи залежить період обертання зарядженої частинки в циклічних прискорювачах?
У чому полягає відносність магнітного взаємодії?

Тимозин сприяє підвищенню реактивності організму стимулює еритро- і лімфопоез. Підвищення збільшення розтягування пригнічує секрецію реніну зниження зменшення розтягування стимулює. Підвищення концетрации натрію стимулює секрецію реніну зниження тормозіт.Актівація симпатичних впливів н на ЮГК стимулює секрецію реніну.

Клітини моноцітарномакрофагальной системи. За рахунок компонента С5 комплекс прикріплюється адгезія до мембрани клеткімішені поверхні мікробів клітинами інфікованими вірусами. До них належать всі гранулоцити: поліморфноядерні нейтрофіли еозинофіли базофіли огрядні клітини таким терміном позначають клітини перейшли в тканину. Клітини макрофагальномоноцітарной системи.