Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях.

Полученное выше выражение для силы Лоренца позволяет установить ряд закономерностей движения заряженных частиц в магнитном поле, лежащих в основе устройства электронного микроскопа, масс-спектрографа и ускорителей заряженных частиц.

Рассмотрим движение заряженных частиц в однородном МП. При этом будем считать, что на частицы не действуют никакие электрические поля.

Начнем с простейшего случая - движения заряженной частицы вдоль линий индукции МП. При этом угол a между `U и `В равен 0 или p, поэтому F_л = 0, т.е. МП не действует на частицу. Она будет двигаться по инерции - равномерно и прямолинейно.

Пусть частица, имеющая заряд q, движется перпендикулярно линиям магнитной
индукции (a=p/2). Тогда

F_л = |q|UВ. (3)

Следовательно, частица движется в плоскости, перпендикулярной вектору`В, причем сила Лоренца является центробежной силой, вычисляемой по формуле

F_л = mU²/r , (4)

где m -масса частицы, r- радиус кривизны ее траектории. Приравняв (3) и (4), найдем

r = |m/q|U/В,

т.к. в однородном МП `В=соnst, а числовое значение скорости частицы не изменяется, то pадиус кривизны траектории частицы оказывается постоянным. Поэтому она будет двигаться по окружности плоскость которой ^`В, а радиус пропорционален отношению скорости частицы к произведению ее удельного заряда q/тна индукцию `В поля.

Поскольку направление силы`F_л и вызываемого ею отклонения заряженной частицы в МП зависят от знака ее заряда q, то если частица движется в плоскости чертежа слева направо, а МП направлено из-за чертежа его плоскости, то при q >0 частица отклонится вниз, а при q<0 - вверх. Т.о., по характеру отклонения частицы в МП можно судить о знаке ее заряда. Этим широко пользуются в исследованиях элементарных частиц. На этом принципе работают приборы масс-спектрометры, используемые для изучения химического состава различных проб (в том числе и геологических).

Частица движется по окружности радиуса г равномерно. Поэтому период обращения частицы

Т = 2pr/U = 2p | m/q | /В - период не зависит от скорости частицы.

Общий случай движения заряженной частицы в магнитном поле дает винтовую линию.