Teoria:

1.Ładunek właściwy elektronu:

Ładunkiem właściwym elektronu nazywamy stosunek wartości bezwzględnej ładunku

elektrycznego elektronu do jego masy spoczynkowej i oznaczamy go symbolem e/m.

2. Pojęcie pola magnetycznego, wielkości charakteryzujące to pole:

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.

Wielkości charakteryzujące pole magnetyczne:

- B[T] - indukcja magnetyczna

- - natężenie pola magnetycznego

- Φ[Wb] – strumień magnetyczny

- F[N] – siła elektrodynamiczna (tylko w pewnym stopniu)

3. Prawo Biota- Savarta

Prawo, które 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 _Dl, 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

Indukcja magnetyczna w fizyce wielkość wektorowa opisująca pole magnetyczne. Wektor ten określa siłę Lorentza, z jaką pole magnetyczne działa na poruszający się w nim ładunek elektryczny :

gdzie jest siłą działającą na ładunek q, poruszający się z prędkością w polu o indukcji magnetycznej .

Jednostką indukcji magnetycznej jest jedna Tesla 1T

Skalarnie wzór ten można zapisać:

gdzie α - kąt pomiędzy wektorem prędkości a wektorem indukcji.

Wartość indukcji magnetycznej jest równa sile działającej na ładunek 1 Coulomba poruszający się w polu magnetycznym z prędkością 1 metra na sekundę, prostopadle do jego linii sił:

Powyższy wzór można przekształcić do postaci:

Wtedy wartość indukcji magnetycznej wyrażać się będzie przez siłę działającą na przewodnik, przez który płynie prąd I, na którego na długości s działa jednorodne pole magnetyczne.

Treść 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.

4. Pole magnetyczne przewodnika prostoliniowego.

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:

Jeżeli wyprostowany kciuk prawej dłoni wskazuje kierunek prądu w przewodniku, to zgięte palce prawej dłoni wskazują zwrot linii sił pola wokół przewodnika prostoliniowego.

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.

Iloczyn I ^. S (S to powierzchnia obejmowana przez przewodnik) nazywamy momentem magnetycznym przewodnika.

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).

5. Ruch naładowanych cząstek w polu magnetycznym

Wektory: prędkości cząstkii natężenia polasą wzajemnie równoległe.

Cząstka porusza się wówczas ruchem jednostajnym prostoliniowym, gdyż F_L = 0, zaś siłę ciężkości można pominąć ze względu na bardzo małą masę cząstki.

• Wektory: prędkości początkowej cząstkii natężenia polasą wzajemnie prostopadłe. Torem ruchu cząstki jest wówczas okrąg, gdyż siła Lorentza pełni rolę siły dośrodkowej. Promień okręgu wynosi:

zaś okres obiegu cząstki:



gdzie: q – ładunek cząstki, v – prędkość cząstki, m – masa cząstki,
B – indukcja pola magnetycznego.

Siła Lorentza

Siła jaka działa na cząstkę obdarzoną ładunkiem elektrycznym poruszającą się w polu elektromagnetycznym.

Wzór określa, jak siła działająca na ładunek zależy od pola elektrycznego i pola magnetycznego (składników pola elektromagnetycznego):

gdzie:

• F – wektor siły (w niutonach),

• q – ładunek elektryczny cząstki (w kulombach),

• E – wektor natężenia pola elektrycznego (w woltach / metr),

• B – wektor indukcji magnetycznej (w teslach),

• v – wektor prędkości cząstki (w metrach na sekundę),

Kierunek działania siły Lorentza w zależności od ładunku cząstki

Możliwe kształty torów cząstek:

Przypadek I

Ładunek q umieszczono w polu magnetycznym, nie nadając mu żadnej prędkości początkowej. Na ładunek w polu magnetycznym może działać siła Lorentza ( F=Bqvsinα), ale w naszym przypadku ze względu na spoczynek ładunku, wartość tej siły równa jest zeru. Z I zasady dynamiki wynika, że ładunek w tym przypadku pozostaje w spoczynku.

Przypadek II

Ładunkowi q nadano prędkość początkową v o kierunku równoległym do linii pola. Na ładunek może działać siła Lorentza ( F=Bqvsinα), ale ponieważ kąt α=0 , czyli sinα=0 , zatem F=0 . Zgodnie z I zasadą dynamiki, ładunek w tym przypadku porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym, zachowując nadaną mu prędkość równoległą do linii pola.

Przypadek III

Ładunkowi q nadaje się prędkość początkową o kierunku prostopadłym do linii pola. Na ładunek działa siła Lorentza. W naszym przypadku α=90° , a więc sinα=1. Siła Lorentza ma wartość F=Bqv . Siła Lorentza jest w każdym punkcie toru prostopadła do wektora prędkości. Taka siła nie powoduje zmiany wartości prędkości, lecz zakrzywia tor ruchu. Jest więc siłą dośrodkową. Ładunek w tym przypadku porusza się ruchem jednostajnym po okręgu.

6. Siła elektrodynamiczna

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.