Движение электрона в электрическом магнитном поле

1.

ТЕМА
Движение электрона в
электрическом магнитном поле
Работу выполнил Богатырев
Владислав
Группа: 21ОИБ-3

2.

СОДЕРЖАНИЕ
1. Что такое электрон? Движение электрона в
электрическом поле
2. Движение электрона в магнитном поле. Сила
Лоренца
3. Как будет двигаться электрон с совпадающем
направлением вектора?
4. Правило Буравчика. Эффект Холла
5. Движение электрона в вакууме.
6. Движение электрона в пространстве.

3.

ЦЕЛЬ
Научиться определять движение
электрона в электрическом магнитном
поле, познакомиться с силой Лоренца,
эффектом Холла, наглядно рассмотреть
направление движения электрона в
вакууме и пространстве.

4.

ЭЛЕКТРОН
Электрон – это стабильная отрицательно заряженная
элементарная частица. Является одной из основных
структурных единиц вещества, поскольку из электронов
формируются оболочки атомов, строение которых
определяет большинство оптических, электрических,
магнитных, механических и химических свойств
вещества.(рисунок 1)
Электрон был открыт Джозефом Джоном
Томсоном в 1897 году, однако подозрения о его
существовании возникли несколько раньше. Фарадей в
опытах по электролизу еще в начале XIX века получил
первые указания на то, что электричество не является
непрерывным потоком, а переносится дискретными
порциями.

5.

Рисунок 1 – Электрон.

6.

ДВИЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОНА В
ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ
1)
На частицу действует
сила Кулона(рисунок 2)
При прохождении
разности потенциалов
Рисунок 2 – Движение электрона
в электрическом поле.
эта сила совершает работу,
изменяя
кинетическую энергию
частицы(рисунок 2)

7.

ДВИЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОНА В МАГНИТНОМ ПОЛЕ
Электроны в магнитном поле катушки описывают винтовые
траектории, и проекции этих траекторий на плоскость,
перпендикулярную магнитному полю, являются окружностью,
если электроны имеют радиальную составляющую
скорости.(рисунок 3) Если электроны движутся параллельно
оси, они не подвергаются действию поля.
Рисунок 3 – Движение электрона в магнитном поле.

8.

СИЛА ЛОРЕНЦА
Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со
стороны магнитного поля, называют силой Лоренца в честь
великого голландского физика Х. Лоренца (1853 — 1928) —
основателя электронной теории строения вещества. Силу
Лоренца можно найти с помощью закона Ампера. Модуль
силы Лоренца равен отношению модуля силы F,
действующей на участок проводника длиной Δl, к
числу N заряженных частиц, упорядоченно движущихся в
этом участке проводника

9.

Модуль силы, действующей со стороны магнитного поля на
выбранный элемент тока, равен:
F =С| ИЛА
I |B Δl sin
α
ЛОРЕНЦА
Подставляя в эту формулу выражение для силы тока, получаем:
F = | q | nvS Δl B sin α = v | q | NB sin α,
где N = nSΔl — число заряженных частиц в рассматриваемом
объеме. Следовательно, на каждый движущийся заряд со стороны
магнитного поля действует сила Лоренца, равная:
где α — угол между вектором скорости и вектором магнитной
индукции. Сила Лоренца перпендикулярна векторам магнитной
индукции и скорости упорядоченного движения заряженных частиц.
Ее направление определяется с помощью того же правила левой
руки, что и направление силы Ампера

10.

КАК БУДЕТ ДВИГАТЬСЯ ЭЛЕКТРОН С
СОВПАДАЮЩЕМ НАПРАВЛЕНИЕМ ВЕКТОРА?
Движение электрона будет равномерно замедленным
(тормозящее электрическое поле) и, когда запас
кинетической энергии электрона полностью
израсходуется (т. е. кинетическая энергия полностью
перейдет в потенциальную), электрон остановится и
начнет равномерно ускоренно перемещаться в
направлении действия силы F.(рисунок 3)
Рисунок 3 –
Движение
электрона с
совпадающим
направлением
вектора

11.

ПРАВИЛО БУРАВЧИКА
Правило буравчика служит для определения направления магнитных
линий (линий магнитной индукции) вокруг прямого проводника с
током.
Правило буравчика (правило винта) или правило правой руки - если
направление поступательного движения буравчика совпадает с
направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки
буравчика совпадает с направлением линий магнитного поля
тока(рисунок 4)
Рисунок 4 –
Демонстрация
правила
Буравчика

12.

ЭФФЕКТ ХОЛЛА
Электроны, двигающиеся в проводнике, также
отклоняются под действием магнитного поля.
В результате, возникает разность потенциалов
на концах проводника в направлении,
перпендикулярном направлению тока (Эффект
Холла)

13.

ЭФФЕКТ ХОЛЛА
– площадь
поперечного сечения
– плотность тока
– ток в проводнике
Для поперечной разности потенциалов получаем:
Rхолл – постоянная Холла.
Она бывает и >0 и <0, хотя
носители
заряда – электроны.

14.

ДВИЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОНА В
ПРОСТРАНСТВЕ.
Часто электрон движется в пространстве, в котором одновременно
имеются электрическое и магнитное поля. При этом, в зависимости от
величины и направления начальной скорости электрона, а также от
напряженности электрического и магнитного полей, траектория
электрона будет иметь различную форму.(рисунок 5)
Рисунок 5 – Направление движение электрона в пространтсве

15.

ДВИЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОНА В ВАКУУМЕ
В электровакуумных приборах, наряду с электрическим полем, для
воздействия на движение электронов используется также магнитное
поле. Если электрон находится в состоянии покоя или если он движется
параллельно силовой линии магнитного поля, то на него никакая сила не
действует. Поэтому при определении взаимодействия движущегося
электрона и магнитного поля следует учитывать только составляющую
скорости, перпендикулярную силовым линиям магнитного поля.
(рисунок 6)
Рисунок 6 –
Направление
электрона в
вакууме

16.

КАК ОПРЕДЕЛИТЬ СКОРОСТЬ
ЭЛЕКТРОНА?
В качестве тела отсчета возьмем лабораторию, ось OX направим
в сторону движения (т.е. против поля), выбрав начало координат в точке,
из которой электрон начал двигаться.
Если спроецировать векторы, изображающие соответствующие
величины, на ось OX, с учетом того, что v0 = 0, получим:
ma = eE, x = at2/2, v = at.
Откуда искомая скорость v = eEt/m.
Подставив числовые значения заряда и массы электрона, а также
значения E и t, получим v = 5,3•108 м/с, что больше скорости света в
вакууме.
Изменение импульса тела равно импульсу силы, действующей
на него, т.е. Dp = FDt, не только в классической, но и в релятивистской
механике.
Причем пот релятивистских скоростях движения импульс тела p = gmv.
С учетом этого, применительно к ситуации, описанной в задаче,
теорему об изменении импульса можно записать в виде: D(gmv)=eEDt.
Принимаем во внимание, что Dv = v – v0 = v, Dt = t – t0 = t (т.е. в момент
времени t0 = 0 скорость v0 = 0).
Отсюда получим модуль скорости

17.

ВЫВОД
Мы научились определять движение электрона в
электрическом магнитном поле, а также
познакомились с силой Лоренца, эффектом
Холла. Наглядно увидели направление
движения электрона в вакууме и пространстве.

18.

ИСТОЧНИКИ
1.Иванов И. Удивительный мир внутри атомного ядра:
Научно-популярная лекция для школьников. ФИАН, 11
сентября 2020 года.
2.Учебник. ФГОС. Физика, 2020 г. 9 класс. Грачев А. В
3. Научная статья Необычные физические эффекты, выявленные
при работе.Текст научной статьи по специальности «Физика»
Посметный Б.М. Горпинко Ю.И.