Схема и описание лабораторной установки. Вывод расчетной формулы




Исследование движения заряженных частиц в магнитном поле

 

Выполнил:

студент группы РТбо1-11

Черняков Е.Д.

21 сентября 2015 г.

 

Преподаватель: Арзуманян Г. В.

 

Таганрог 2015 г.

Цель работы

 

Применение законов механики и теории относительности при исследовании движения заряженных частиц в постоянном магнитном поле.

 

 

Приборы и принадлежности:

 

Название Диапазон измерений Число делений Цена деления Класс точности Погрешность прибора
  Линейка 100 см.   1 мм. - 0,5 мм.

 

Краткие теоретические сведения

 

При помощи камеры Вильсона наблюдают и фотографируют треки (траектории) заряженных частиц, движущихся в пересыщенных парах воды или спирта. В этом случае при движении частиц происхо­дит ионизация молекул воды или спирта и на образовавшихся ионах конденсируются пересыщенные пары, что и позволяет видеть траек­торию пролетевшей частицы. Для создания пересыщенного пара в камере Вильсона производят быстрое адиабатическое расширение га­за с помощью механического поршня. После фотографирования трека газ в камере снова сжимается, капельки на ионах испаряются. Элек­трическое поле в камере служит для “очистки” камеры от ионов, об­разовавшихся при предыдущей ионизации газа.

При движении заряженной частицы в магнитном поле на нее действует сила Лоренца, которая определяется по формуле

 

 

где е, - заряд и скорость частицы соответственно; - индукция магнитного поля; α - угол между вектором скорости частицы и век­тором индукции магнитного поля.

Направление этой силы определяется по правилу правого винта. Она всегда направлена перпендикулярно плоскости, в которой лежат векторы и , поэтому сила Лоренца не изменяет величину скоро­сти частицы (следовательно, и ее энергию), а изменяет только на­правление движения частицы. Второй закон Ньютона для частиц, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, запишется так:

 

- 1

 

где m0 - масса покоя частицы.

Так как сила Лоренца изменяет только направление скорости, то входящий в (1) множитель т0/(1-v2 /c2)1/2 является величиной постоянной и его можно вынести за знак производной. Тогда, урав­нение (1) в проекциях на направление нормали к траектории час­тицы с учетом того, что вектор скорости перпендикулярен вектору индукции магнитного поля , после некоторых преобразований бу­дет иметь вид

- 2

 

где R - радиус круговой траектории частицы.

Зная скорость движущейся частицы, можно определить и другие параметры ее движения:

- релятивистскую массу

 

- 3

 

- полную энергию частицы

 

- 4

- кинетическую энергию частицы

 

- 5

 

Разность потенциалов, которую должна пройти частица, чтобы

иметь скорость, определяемую (2), равна

 

-6

 

Схема и описание лабораторной установки. Вывод расчетной формулы

 

В работе используются фотографии треков различных электро­нов, полученные при помощи камеры Вильсона, которая находилась в магнитном поле в зоне измерения ускорителя элементарных частиц.

Внутри камеры находилась облучаемая мишень, из которой при взаимодействии с излучением вылетали заряженные частицы, треки которых и сфотографированы. Смещение некоторых треков от места рождения произошло потому, что камера Вильсона находилась в слабонеоднородном магнитном поле.

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-06-21 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: