» Как правильно заряжать

Отрицательно заряженная частица правильное направление ускорения частицы

Текст вопроса

Два первоначально покоящихся электрона ускоряются в электрическом поле: первый в поле с разностью потенциалов U . второй — 4U . Ускорившиеся электроны попадают в однородное магнитное поле, линии индукции которого перпендикулярны скорости движения электронов. Отношение радиусов кривизны траекторий первого и второго электронов в магнитном поле равно

Выберите один ответ:

Отзыв

Вопрос 4

Текст вопроса

На рисунке изображено движение положительно заряженной частицы в однородном магнитном поле, линии магнитной индукции которого направлены к наблюдателю. Сила, действующая на заряженную частицу, направлена:

Выберите один ответ:

Отзыв

Вопрос 5

Текст вопроса

В однородное магнитное поле с индукцией В находятся три протона, направления движения которых изображены на рисунке. На какой из протонов не действует сила со стороны магнитного поля?

Выберите один ответ:

Отзыв

Вопрос 6

Текст вопроса

Нейтрон и альфа-частица влетают в однородное магнитное поле перпендикулярно вектору магнитной индукции с одинаковыми скоростями v . Отношение модулей сил , действующих на них со стороны магнитного поля в этот момент, равно

Выберите один ответ:

Отзыв

Вопрос 7

Текст вопроса

В какую сторону отклоняется протон под действием магнитного поля?

Выберите один ответ:

Отзыв

Вопрос 8

Текст вопроса

В какую сторону отклоняется электрон под действием магнитного поля?

Выберите один ответ:

Отзыв

Вопрос 9

Текст вопроса

По какой траектории движется протон, вылетевший в магнитное поле под углом 30° к вектору магнитной индукции?

Выберите один ответ:

1. По окружности

2. По прямой линии

3. По винтовой линии

Отзыв

По винтовой линии

Вопрос 10

Текст вопроса

По какой траектории движется электрон, вылетевший в магнитное поле под углом 60° к вектору магнитной индукции?

Выберите один ответ:

Сила Лоренца

Действие магнитного поля на движущиеся заряженные частицы. Действие магнитного поля на проводник с током означает, что магнитное поле действует на движущиеся электрические заряды. Найдем силу, действующую на электрический заряд q при его движении в однородном магнитном поле с индукцией .
Сила тока I в проводнике связана с концентрацией n свободных заряженных частиц, скоростью их упорядоченного движения и площадью S поперечного сечения проводника следующим выражением:

где q — заряд отдельной частицы.
Подставляя уравнение (52.1) в уравнение (51.4), получим

Так как произведение nSl равно числу свободных заряженных частиц в проводнике длиной l

то сила, действующая со стороны магнитного поля на одну заряженную частицу, движущуюся со скоростью под углом к вектору индукции, равна

Эту силу называют силой Лоренца.
Направление вектора силы Лоренца определяется правилом левой руки, в нем за направление тока нужно брать направление вектора скорости положительного заряда (рис. 186). Для случая движения отрицательно заряженных частиц четыре пальца следует располагать противоположно направлению вектора скорости.

Движение заряженных частиц в магнитном поле. В однородном магнитном поле на заряженную частицу, движущуюся со скоростью перпендикулярно линиям индукции магнитного поля, действует сила , постоянная по модулю и направленная перпендикулярно вектору скорости (рис. 187).

В вакууме под действием силы Лоренца частица приобретает центростремительное ускорение

и движется по окружности. Радиус r окружности, по которой движется частица, определяется из условия

Период обращения частицы в однородном магнитном поле равен

Последнее выражение показывает, что период обращения частицы в однородном магнитном поле при постоянной массе не зависит от скорости и радиуса r траектории ее движения. Этот факт используется, например, в ускорителе заряженных частиц — циклотроне.

Циклотрон. В этом ускорителе заряженные частицы — протоны, ядра атомов гелия — разгоняются переменным электрическим полем постоянной частоты в вакууме в зазоре между двумя металлическими электродами — дуантами. Дуанты находятся между полюсами постоянного электромагнита (рис. 188, а).

Под действием магнитного поля внутри дуантов заряженные частицы движутся по окружности. К моменту времени, когда они совершают половину оборота и подходят к зазору между дуантами, направление вектора напряженности электрического поля между дуантами изменяется на противоположное и частицы вновь испытывают ускорение. Каждую следующую половину оборота частицы пролетают по окружности все большего радиуса (рис. 188, б), но период их обращения остается неизменным. Поэтому для ускорения частиц на дуанты подается переменное напряжение с постоянным периодом.
Ускорение частиц в циклотроне с постоянным периодом возможно лишь до значений скоростей, значительно меньших скорости света. С приближением скорости частицы к скорости света в вакууме, равной c = 300000 км/с, масса частицы возрастает, вследствие чего увеличивается период ее обращения в магнитном поле. Равенство периода обращения частицы и периода изменения электрического поля нарушается, ускорение прекращается.

МГД-генератор. Действие магнитного поля на движущиеся электрические заряды плазмы используется для получения электроэнергии. Установка для магнитогидродинамического преобразования называется МГД-генератором.
Схема устройства МГД-генератора показана на рисунке 189.

В камере сгорания при сжигании нефти, керосина или природного газа создается высокая температура (2000—3000 К), при которой газообразные продукты сгорания ионизируются, образуя электронно-ионную плазму. Для повышения электропроводности плазмы в камеру сгорания вводят легкоионизирующиеся вещества, содержащие кальций, натрий, цезий. Раскаленная плазма движется по расширяющемуся каналу в несколько метров, в котором ее внутренняя энергия превращается в кинетическую энергию, и скорость возрастает до 2000 м/с и более. Так же, как и металлический проводник, плазма в целом нейтральна, но, влетая в область сильного магнитного поля, составляющие ее частицы разных знаков под действием силы Лоренца разделяются, как показано на рисунке 189. Электроны, достигнув нижнего электрода, движутся во внешней цепи по нагрузке сопротивлением R_Н к другому электроду, где нейтрализуют положительные ионы. Мощность, выделяемая во внешней цепи, может быть использована для различных практических нужд.
В режиме холостого хода, когда внешняя цепь разомкнута, между электродами возникает наибольшая разность потенциалов, равная ЭДС. В зависимости от конструкции генератора она может достигать нескольких сотен или тысяч вольт.
В МГД-генераторе сильно нагрета только плазма и отсутствуют движущиеся детали, подвергаемые подобно лопаткам турбин одновременному воздействию больших механических напряжений и высоких температур. Возможность использовать огнеупорные материалы и применять охлаждение неподвижных металлических деталей, соприкасающихся с плазмой, позволяет повысить температуру рабочего тела, а значит, и КПД установки. Для температуры плазмы, равной на входе T₁ = 2500 К, а на выходе T₂ = 300 К, теоретическое значение КПД составляет примерно 90 %. Однако в реальных условиях температура отработанных газов на выходе из канала больше 300 К. Но если отработанные и уже не ионизированные продукты сгорания использовать для получения пара и приведения в действие турбины обычного электромашинного генератора, то реальный КПД такой установки будет равен 50—60 %. А это почти вдвое превышает реальный КПД тепловых электростанций. Следовательно, при том же расходе топлива с помощью МГД-генератора можно получить вдвое больше электроэнергии.
Первая опытно-промышленная электростанция У-25 с МГД-генератором мощностью 25 МВт была запущена в нашей стране в 1971 г.
На Рязанской ГРЭС начато строительство МГД-генератора мощностью 500 МВт на газомазутном топливе.
Коэффициент полезного действия энергоблока приближается к 50 %. Это должно обеспечить экономию 20—25 % топлива по сравнению с обычной тепловой электростанцией.

(по материалам пособия Физика - справочные материалы Кабардин О.Ф.)

Источник: http://physics.kgsu.ru/index.php%3Foption%3Dcom_content%26view%3Darticle%26id%3D216%26Itemid%3D72

Новая технология позволит ускорять частицы на предельно коротких дистанциях

Учёным Национальной ускорительной лаборатории SLAC (США) удалось реализовать технологию, которая позволит ускорять частицы на предельно коротких расстояниях. Благодаря этому размеры и цена ускорителей частиц будущего могут многократно сократиться.

Большой адронный коллайдер, принадлежащий ЦЕРНу, не просто так получил приставку «большой» в своём названии. Его размер действительно впечатляет. Шутка ли – длина основного кольца 26 659 метров. А длина Международного линейного коллайдера и того больше – 31 километр. Именно поэтому учёные всего мира десятилетиями бьются над тем, чтобы научиться ускорять частицы на значительно меньших расстояниях, нежели сейчас.

Размеры этих гигантских ускорителей определены лишь нашей способностью возводить строения, которые способны передавать энергию частицам, что, в свою очередь, позволяет нам разгонять их до гигантских скоростей. Чем выше скорость, тем большим количеством энергии обладают частицы в момент их столкновения, благодаря чему учёные могут ответить на многие волнующие их вопросы о вселенной.

Большая часть современных ускорителей основывается на взаимодействии заряженных частиц с электрическим и магнитным полями. Электрическое поле внутри радиочастотных полостей (RF Cavities) увеличивает энергию частиц, а магнитное поле отклоняет частицу в нужном направлении, не изменяя при этом её энергии.

Как работает Большой Адронный Коллайдер

На этом видео упрощенно показано как устроен гигантский ускоритель протонов #8212; Большой Адронный Коллайдер.
Кстати, ведущий делает ошибку, говоря #171;аНдронный#187;, в то время как правильное название коллайдера #8212; аДронный.

Существуют ограничения в количестве энергии, которое может быть передано каждой частице внутри радиочастотной полости ускорителя. Ведь несмотря на то, что частицы находятся в вакууме, велик риск, что произойдёт выброс энергии, сродни крошечной молнии. Именно поэтому сейчас используется методика, когда множество радиочастотных полостей выстраивают в ряд или многократно используют одну и ту же полость.

Именно из-за этих самых радиочастотных полостей учёным и приходится строить гигантские ускорители, которые мало того, что занимают огромные площади, так ещё и стоят целое состояние. Поэтому любая технология, которая позволит строить ускорители из меньших деталей и меньшего количества различных блоков, сделает их гораздо компактнее.

Ускорители нужны не только для того, чтобы понять, как возникла вселенная. Они активно используются в медицине для борьбы с онкологическими заболеваниями, в промышленности и даже в области безопасности.

Новая технология, разработанная учёными из SLAC, исследования которых были опубликованы в журнале Nature, предполагает, что если пучки электронов быстро пропустить через слой парообразной плазмы лития, то электрическое поле плазмы способно передать электронам достаточное количество энергии, чтобы разогнать их до необходимой скорости в сто раз быстрее, нежели это происходит внутри Большого адронного коллайдера. При этом ускорение это происходит на отрезке длиной всего в 30 сантиметров.

Плазма – это частично или полностью ионизированный газ, образованный из нейтральных атомов (или молекул) и заряженных частиц (ионов и электронов). Важнейшей особенностью плазмы является её квазинейтральность, это означает, что объёмные плотности положительно и отрицательно заряженных частиц, из которых она образована, оказываются почти одинаковыми. Плазму зачастую называют четвёртым агрегатным состоянием вещества после твёрдого, жидкого и парообразного.

Электрическое поле между частицами в плазме может быть невероятно мощным. В проведённом учёными эксперименте пучок электронов (так называемый драйвер) был направлен сквозь плазму, в результате чего лёгкие электроны плазмы сдвигались со своих мест, создавая вслед за драйвером волны плотности заряда, создающие электрическое поле огромной напряжённости (до 100 ГВ/м). Второй пучок электронов, идущий вслед за первым, получает сильнейшее ускорение. Слой плазмы толщиной в 1 метр способен повысить энергию электронов до внушительных 1,6 гигаэлектронвольт.

Такое ускорение частиц называется кильватерным и уже исследуется многими научными организациями в течение некоторого времени. Учёным всё ещё остаётся решить несколько важных вопросов, которые возникли при исследовании данной технологии. К примеру, насколько равномерно электроны приобретают новую энергию, а также как увеличить количество частиц, получающих этот заряд. В любом случае технология плазменного ускорения частиц выглядит весьма многообещающей, если учёные поймут, как её эффективно применять на практике.

Другие группы учёных, такие как AWAKE в CERN, а также ALPHA-X в Университете Стратклайда, продолжают исследовать иные подходы к тому, как можно максимально эффективно применить плазменное ускорение в своей работе. Они используют протонные пучки и лазеры, чтобы добиться необходимого им эффекта. Уже существует несколько предварительных проектов ускорителей будущего, использующих данную технологию для разгона частиц. Но до момента воплощения этих идей в реальный ускоритель нам придётся подождать ещё как минимум несколько лет.

Похожие записи:

• В Китае планируют построить крупнейший в мире коллайдер
• В Китае прошли успешные испытания термоядерного реактора
• Прорыв БАК пролил свет на фундаментальную симметрию природы
• Немецкие физики запустили экспериментальный термоядерный
• Учёные из MIT создали первый в мире фермионный микроскоп
• Сможет ли проект на Kickstarter обернуться революцией в космических
• Китайские подводные лодки смогут перемещаться на сверхзвуковой
• Учёным удалось телепортировать фотон на расстояние в 100
• Улучшенные ионные двигатели откроют дверь за пределы Солнечной
• Мультиферроидные материалы позволят создать новое поколение
• Разработка корейских ученых революционизирует батареи
• Учёные охладили вещество до рекордно низкой температуры

Источник: http://playserver.net//11/novaya-texnologiya-pozvolit-uskoryat-chasticy-na-predelno-korotkix-distanciyax.html

Источники: http://fizmatklass.ucoz.ru/DO/14/3_3_4/3.3.4-sila_lorenca-chast_a.htm, http://physics.kgsu.ru/index.php%3Foption%3Dcom_content%26view%3Darticle%26id%3D216%26Itemid%3D72, http://playserver.net//11/novaya-texnologiya-pozvolit-uskoryat-chasticy-na-predelno-korotkix-distanciyax.html

Комментариев пока нет!

Поделитесь своим мнением