Akademia Techniczno-Humanistyczna

W Bielsku-Białej

Wydział Nauk o Materiałach i Środowisku

Inżynieria Środowiska

Rok I/ semestr II

Ćwiczenie 90

Wyznaczanie ładunku właściwego elektronu

Grupa 108

1. Część teoretyczna:

1.1 Ładunek właściwy elektronu - nazywamy stosunek wartości bezwzględnej ładunku elektrycznego elektronu do jego masy spoczynkowej i oznaczamy go symbolem e/m.

1.2 a) Pole magnetyczne stan przestrzeni, w której siły działają na poruszające się ładunki elektryczne, a także na ciała mające moment magnetyczny niezależnie od ich ruchu. Pole magnetyczne, obok pola elektrycznego, jest przejawem pola elektromagnetycznego. W zależności od układu odniesienia w jakim znajduje się obserwator, to samo zjawisko może być opisywane jako objaw pola elektrycznego, magnetycznego lub obu.

b) Wielkości charakteryzujące pole magnetyczne:

Niezależnie od materiału to natężenie pola magnetycznego [I] , a wartością zależną jest natomiast indukcja magnetyczna[B].

1.3a) Prawo Biota-Savarta określa wielkość i kierunek wektora indukcji magnetycznej B w dowolnym punkcie pola magnetycznego, wytworzonego przez prąd elektryczny I. Wartość liczbowa indukcji, wytworzonej przez nieskończenie mały element przewodnika , jest wprostproporcjonalna do długości elementu przewodnika, natężenia prądu w nim płynącego I oraz sinusa kąta a utworzonego przez kierunki elementu przewodnika i wektora łaczącego element z punktem pomiarowym, a odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości r od punktu pomiarowego do środka elementu przewodnika z prądem

b) Do wyznaczenia kierunku i zwrotu wektora indukcji magnetycznej służy tzw. reguła prawej dłoni.

Reguły prawej dłoni brzmi: Jeżeli prawą dłoń ustawimy jak na rysunku i wyciągnięty kciuk będzie wskazywał zwrot prądu elektrycznego, to pozostałe zgięte palce wskażą kierunek wektora natężenia pola magnetycznego.

1.4 a) Pole magnetyczne wytworzone przez nieskończenie długi prostoliniowy przewodnik, przez który płynie prąd elektryczny o natężeniu I.

Przewodnik taki wytwarza wirowe pole magnetyczne, którego linie sił pola są okręgami o wspólnym środku. Kierunek pola magnetycznego z kierunkiem prądu kojarzy reguła śruby prawoskrętnej.

b) Pole magnetyczne przewodnika kołowego.

Jak widać, pole magnetyczne wytworzone przez przewodnik kołowy ma konfigurację podobną do pola magnetycznego magnesu sztabkowego, dlatego też przewodnik kołowy z prądem traktujemy jako dipol magnetyczny. Kierunek pola magnetycznego wytworzonego przez przewodnik kołowy kojarzy się z kierunkiem prądu w przewodniku - reguła prawoskrętnej śruby.

c) Pole magnetyczne solenoidy.

Pojedynczy przewodnik kołowy wytwarza stosunkowo słabe pole magnetyczne. Efekt ten można powiększyć, stosując układ przewodników kołowych połączonych w szereg. Uzyskujemy w ten sposób zwojnicę (solenoid).

1.5a) Kształty torów cząstek:

- Jeśli wektory natężenia pola i prędkości cząstki są do siebie równoległe cząstka porusza się po spiralnym torze wzdłuż linii pola magnetycznego.

- Jeśli wektory natężenia pola i prędkości cząstki są wzajemnie prostopadłe. Torem ruchu cząstki jest wówczas okrąg.

b)Siła Lorentza-siła działająca na cząstkę naładowaną poruszającą się w polu magnetycznym. Wyraża się ona wzorem:

F=e•v•B•sinα

Gdzie:

• α- kąt między $\overrightarrow{v}$ i $\overrightarrow{B}$,

• e- ładunek elementarny,

• v- prędkość cząstki,

• B- indukcja magnetyczna.

Kierunek działania siły Lorentza w zależności od ładunku cząstki

1.6 Siła elektrodynamiczna (magneteyczna) - siła, która działa na przewodnik elektryczny, przez który płynie prąd elektryczny, umieszczony w polu magnetycznym.Na umieszczony prostopadle w polu magnetycznym przewodnik o długości l, przez który płynie prąd o natężeniu I, działa siła magnetyczna (elektrodynamiczna) F, której wartość określa wzór:

• Kąt alfa jest to kąt między kierunkiem przepływu prądu a kierunkiem linii pola.

Współczynnik B charakteryzuje pole magnetyczne i nazywa się indukcją magnetyczną. Jednostką indukcji magnetycznej jest tesla (T). Kierunek i zwrot wektora siły magnetycznej (elektrodynamicznej) określa reguła lewej dłoni.

Zjawisko oddziaływania pola magnetycznego na przewodnik skutkuje też wytwarzaniem prądu w trakcie jego przemieszczania w polu magnetycznym. Napięcie elektryczne wytwarzane w ten sposób jest nazywane siłą elektromotoryczną.