Почему электрон движется по окружности в магнитном поле

Видео:Движение заряженной частицы в магнитном поле | Физика ЕГЭ с Никитой АрхиповымСкачать

5. ДВИЖЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ В ОДНОРОДНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ.

В некоторых электровакуумных приборах используется движение электронов в магнитном поле.

Рассмотрим случай, когда электрон влетает в однородное магнитное поле с начальной скоростью v0, направленной перпендикулярно магнитным силовым линиям. В этом случае на движущийся электрон действует так называемая сила Лоренца F, которая перпендикулярна вектору нО и вектору напряженности магнитного поля Н. Величина силы F определяется выражением: F= еv0Н.

При v0 = 0 сила Рравна нулю, т. е. на неподвижный электрон магнитное поле не действует.

Сила F искривляет траекторию электрона в дугу окружности. Поскольку сила F действует под прямым углом к скорости нО, она не совершает работы. Энергия электрона и его скорость не изменяются по величине. Происходит лишь изменение направления скорости. Известно, что движение тела по окружности (вращение) с постоянной скоростью получается благодаря действию направленной к центру центростремительной силы, которой именно и является сила F.

Направление поворота электрона в магнитном поле в соответствии с правилом левой руки удобно определяется по следующим правилам. Если смотреть в направлении магнитных силовых линий, то электрон движется по часовой стреле. Иначе говоря, поворот электрона совпадает с вращательным движением винта, который ввинчивается по направлению магнитных силовых линий.

Определим радиус r окружности, описываемой электроном. Для этого воспользуемся выражением для центростремительной силы, известным из механики: F = mv20/r. Приравняем его значению силы F = еv0Н: mv20/r = еv0Н. Теперь из этого уравнения можно найти радиус: r= mv0/(еН).

Чем больше скорость электрона v0, тем сильнее он стремится двигаться прямолинейно по инерции и радиус искривления траектории будет больше. С другой стороны, с увеличением Н растет сила F, искривление траектории возрастает и радиус окружности уменьшается.

Выведенная формула справедлива для движения в магнитном поле частиц с любыми массами и зарядом.

Рассмотрим зависимость rот mи е. Заряженная частица с большей массой mсильнее стремится лететь по инерции прямолинейно и искривление траектории уменьшится, т. е. rстанет больше. А чем больше заряд е, тем больше сила F и тем сильнее искривляется траектория, т. е. ее радиус становится меньше.

Выйдя за пределы магнитного поля, электрон дальше летит по инерции по прямой линии. Если же радиус траектории мал, то электрон может описывать в магнитном поле замкнутые окружности.

Таким образом, магнитное поле изменяет только направление скорости электронов, но не ее величину, т. е. между электроном и магнитным полем нет энергетического взаимодействия. По сравнению с электрическим полем действие магнитного поля на электроны является более ограниченным. Именно поэтому магнитное поле применяется для воздействия на электроны значительно реже, нежели электрическое поле.

Видео:Урок 276. Сила Лоренца. Движение заряженных частиц в магнитном полеСкачать

Движение электронов в магнитном поле.

В магнитном поле на движущиеся электроны действует сила Лоренца, всегда направленная перпендикулярно вектору скорости. Поэтому электроны движется по дуге окружности. Магнитное поле изменяет только направление движения электрона.

Например, в кинескопах телевизора применяют магнитные отклонения луча, а в электронно-лучевой трубке осциллографа — электростатическое отклонение луча.

2) Классификация электронных приборов. Электронная эмиссия

По среде, в которой движутся электроны, различают:

а) электронные вакуумные приборы – источником свободных электронов служит явление электронной эмиссии;

б) ионные газоразрядные приборы — источником свободных электронов служит электронная эмиссия плюс ударная ионизация атомов и молекул

в) полупроводниковые (п/п) приборы – электроны освобождаются от атома под действием различных причин (изменение температуры, освещенности, давления) поэтому концентрация свободных носителей заряда может быть значительно больше чем в вакуумных и газоразрядных приборах и это обуславливает меньшие габариты, массу и стоимость п/п приборов.

Тема 1.1. Физика явлений в полупроводниках.

1. Полупроводники, виды полупроводников по проводимости.

2. Контакт двух полупроводников с различной примесной проводимостью.

2.1. Прямое и обратное включение p-n перехода. Основные свойства.

2.2. ВАХ p-n перехода. Виды пробоя.

2.3. Влияние температуры на p-n переход.

3. Контакт полупроводника и металла. Барьер Шоттки.

1. Полупроводники– это вещества, у которых электрическая проводимость заметно зависит от температуры освещенности, давления и примеси.

Например, при возрастании температуры на 1 градус по Цельсию сопротивление металла увеличится на 0, 4 % , а у полупроводника уменьшится на 4-8 %.

Примеры полупроводников: германий (Ge), кремний (Si), вещества на основе индия, арсенид галлия.

Виды полупроводников по проводимости:

А) собственная проводимость;

Б) примесная проводимость;

А) Собственная проводимость представляет собой движение свободных электронов и дырок, число которых одинаково и заметно зависит от температуры освещенности и давления.

Собственную проводимость можно наблюдать в чистом беспримесном полупроводнике.

Принято беспримесный полупроводник имеющий только собственную проводимость называть полупроводником i — типа.

Б) Примесная проводимость

Различают два вида примесной проводимости:

— электронная примесная проводимость получается при добавлении примесей с валентностью на единицу больше валентности полупроводника. При этом 4 из валентных электронов каждого атома примесей участвуют в образовании связей, а пятый легко становится свободным без образования дырки. Поэтому в таких полупроводниках преобладают свободные электроны.

Полупроводники, в которых преобладают свободные электроны, называются полупроводниками n-типа.

Например, Ge(германий) + As(мышьяк) – полупроводник n-типа.

— дырочная примесная проводимость получается при добавлении примесей с валентностью на единицу меньше валентности полупроводника. При этом у каждого атома примеси недостает одного электрона для завершения связи с атомами полупроводника, следовательно, преобладает количество дырок в полупроводнике.

Полупроводники, в которых преобладают дырки, называются полупроводникамиp-типа.

Например, Ge + In(индий) –полупроводник p-типа.

2. Контакт двух полупроводников с различной примесной проводимостью «n и p» — типа, называется «p-n» переходом.

В месте контакта всегда существует электрическое поле перехода (E_пер), направленное из «n»-области в «p»-область.

d — толщина «p-n»- перехода

U_к – контактное напряжение

Пример: Ge d= (10 -6 ÷ 10 -8 )м и U_к = (0,2 до 0,3)В.

При росте концентрации примеси d- уменьшается, а U_к – увеличивается.

2.1. Два способа включения p-n-перехода:

I.прямое включение p-n-перехода в p-области плюс, в n — области минус от источника, следовательно, при E_ист E_пер создается прямой ток I_пр, который заметно зависит от напряжения смотри на рисунке 3 и на рисунке 4.

Зависимость I от U называется вольтамперной характеристикой (ВАХ).

ВАХ p-n перехода при прямом включении показана на рисунке 4.

При прямом включении ток создают основные носители зарядов – примесная проводимость.

II.Обратное включение p-n-перехода показано на рисунке 5.

К p-области минус, к n-области плюс от источника, следовательно, электрическое поле источника (E_ист) направлено по полю перехода и усиливает его, поэтому основные носителем зарядане участвуют в создании тока.

Ток обратный I_обр создают неосновными носителями заряда, число которых мало, поэтому ток обратный I_обр меньше I_пр

Поэтому, для всех полупроводниковых приборов существует границы рабочих температур.

Например: Ge → t_раб = – 60 до +75 0 С;

Si → t_раб = -60 до +150 0 С.

3.Существует 2 вида контактов полупроводника и металла:

— выпрямляющий – это контакт подобен p-n-переходу, но с меньшей потерей напряжения, более высоким КПД. Выпрямляющий контакт описан впервые немецким ученым в 1937 г. В. Шоттки, поэтому выпрямляющий контакт называется барьером Шоттки и является основой диода Шоттки, транзистора Шоттки.

— невыпрямляющий – проводит ток одинаково при прямом и обратном включении. Применяется для создания металлических выводов, полупроводниковых приборов.

Тема №2. Полупроводниковые приборы

1. Классификация полупроводниковых приборов;

2. Полупроводниковые диоды: стабилитрон, варикап, фотодиод, туннельный диод;

2.1. Устройство, принцип включения, работа, основное свойство, УГО, применение;

3. Биполярный транзистор;

3.1. Виды, устройство, принцип включения, работа, основное свойство, УГО, применение;

3.2. Три схемы включения;

3.3. Основные параметры и характеристики;

4. Полевые транзисторы;

4.1. Виды, устройство, принцип включения, работа, основное свойство, УГО, применение;

Видео:Электрон движется по окружности в однородном магнитном поле. Как изменятся сила Лоренца - №25022Скачать

Магнитное поле электрона

Вы будете перенаправлены на Автор24

На сегодняшний день науке известно почти 200 частиц и большое количество ионов, атомов и молекул. Большая часть из них возникает, и существует очень непродолжительное время, после которого происходит распад частицы. При этом говорят, что частица имеет конечное время жизни. Данное время может составлять доли секунды.

Имеется очень ограниченное число частиц с бесконечным временем жизни, это:

В состав ядер атомов входят протоны, в оболочку ядра – электроны. Эти частицы обусловили практически все явления, которые рассматривает электромагнетизм.

Видео:Движение электронов в магнитном поле - Сила ЛоренцаСкачать

Электрон

Электрон относят к микроскопическим носителям заряда. Его заряд считают равным элементарному:

$|e|=1,6021892(46)bullet 10^$ Кл.

Электрон – это материальный носитель отрицательного заряда. Обычно считают, что данная частица не имеет структуры, то есть является точечным зарядом. Данное представление имеет внутренние противоречия. Поскольку энергия электрического поля точечного заряда должна быть бесконечной, это означает, что бесконечной должна быть и инертная масса электрона (как точечного заряда). Но нам известно, что экспериментально получено: масса электрона равна:

$m_e=9,1bullet 10^$ кг.

Но пока с этим противоречием мирятся, так как менее противоречивого положения о структуре электрона на настоящее время нет. Проблему с бесконечной собственной массой электрона, при вычислениях разных эффектов, преодолевают, используя прием перенормировки.

Помимо заряда электрон имеет спин и магнитный момент.

Спин не вызван вращением частицы, так как в этом случае пришлось бы допустить наличие линейной скорости при вращении, которая была бы больше скорости света в вакууме. Спин рассматривают как внутреннее свойство частицы. Со спином связывают магнитный момент заряженной частицы.

В классической физике магнитный момент электрона объясняют, рассматривая движение заряда по замкнутой траектории. Спиновый магнитный момент классическая электродинамика объяснить не может. Но магнитное поле, которое обусловлено спиновыми магнитными моментами, может быть описано феноменологически. Обычно напряженность этого поля очень мала. Классическая теория не может описать механизм появления данного поля, но само поле описывается при помощи классической теории.

Готовые работы на аналогичную тему

Видео:Правило рук 👋 КАК ЛЕГКО определять НАПРАВЛЕНИЕ ЛИНИЙ МАГНИТНОГО ПОЛЯ??Скачать

Магнитные моменты электрона

Рассмотрим атом. В некотором приближении можно полагать, что электроны в атоме перемещаются вокруг ядра по замкнутым круговым траекториям. Орбиту с перемещающимся по ней электроном можно уподобить контуру с током. Следовательно, она имеет магнитный момент ($p_m$), который мы вычислим.

где $r$ — радиус орбиты электрона; $v$ — скорость его движения; $T=fracquad$ – период обращения электрона по его орбите; $I=frac=frac$– сила тока, которую электрон создает при своем движении.

Обе части выражения (1) умножим на единичный вектор нормали $vec n$. Этот вектор ориентирован так, что если наблюдать с его конца за движением электрона, то оно будет происходить против часовой стрелки.

Рисунок 1. Магнитные моменты электрона. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Принимая во внимание, что момент импульса электрона равен:

$vec L=m_evrvec n$

и зная, что электрон несет отрицательный заряд, получим:

где величину $-frac<2m_>$ называют гиромагнитным соотношением. При этом параметры $vec p_m$ и $vec L$ носят название орбитальных моментов, так как они вызваны движением электрона по орбите.

Так, любой электрон в атоме имеет орбитальный магнитный момент, который нормален плоскости его орбиты.

Кроме этого, как уже отмечалось, электроны обладают собственными моментами:

• собственным моментом импульса (спином);
• собственным магнитным моментом.

Наличие спина у электрона обозначает, что при взаимодействии с другими частицами электрон ведет себя как вращающаяся частица.

Собственный магнитный момент электрона говорит о том, что электрон создает около себя свое магнитное поле и взаимодействует с внешними магнитными полями подобно магнитному диполю. Собственный магнитный момент считают «врожденным» и не связывают с вращением электрона.

Магнитные моменты имеются и у ядер атомов, но они очень малы. Обычно при описании магнитных свойств вещества их не принимают во внимание. При этом магнитным моментом атома считают квантовую сумму орбитальных и собственных моментов атомарных электронов.

Квантовое суммирование производят не по правилам векторной алгебры, а по специальным правилам квантовой механики.

Видео:Электрон в магнитном полеСкачать

Магнитные свойства вещества

По современным представлениям магнетизм вещества вызван тремя причинами:

1. Движением электронов по орбитам вокруг ядер атомов.
2. Спинами электронов.
3. Спином атомных ядер. Ядерный магнетизм становится существенным только при температурах близких к абсолютному нулю, при компенсации орбитальных и спиновых магнитных моментов электронов.

Атомы вещества при отсутствии внешнего магнитного поля ориентированы беспорядочно. Порождаемые ими магнитные поля компенсируют друг друга в окружающем их пространстве. При наложении внешнего магнитного поля атомы полностью или частично ориентируются вдоль поля, тогда взаимная компенсация полей нарушается. Тогда вещество считают намагниченным. Тела способные к намагничиванию назвали магнетиками.

Видео:Движение заряженной частицы в магнитном поле 2021-1Скачать

Микроскопическое магнитное поле

Магнитное поле может быть:

Микроскопическое поле — это поле, которое порождается перемещающимися элементарными зарядами в веществе. Оно резко изменяется на расстояниях размера атома.

Макроскопическое поле получается из микроскопического путем сглаживания (усреднения по бесконечно малым пространственным объемам).

Магнитные поля, которые создают вращающиеся электроны можно уподобить токам, циркулирующим в атомах вещества (молекулярные токи).

Магнитное поле молекулярного тока запишем, ориентируясь на электрическое поле диполя (магнитный диполь изображен на рис.1 ):

где $alpha $- угол между векторами $vec p_m$ и $vec r$. (рис.1).

Величина вектора индукции магнитного поля равна при этом:

Получи деньги за свои студенческие работы

Курсовые, рефераты или другие работы

Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 12 04 2021

📺 Видео

Альфа частица движется по окружности в однородном магнитном полеСкачать

Положительно заряженная частица в магнитном и электрическом поле. Выполнялка 36Скачать

Физика - Магнитное полеСкачать

Урок 289. Магнитное поле в веществе. Магнитная проницаемость. Диа-, пара- и ферромагнетикиСкачать

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ за 24 минуты. ЕГЭ Физика. Николай Ньютон. ТехноскулСкачать

Атом:Загадка Электронов. Квантовая механика.Скачать

Steven Wilson и задача об отклонении электрона в магнитном поле #stevenwilson #физика #электронСкачать

Пожалуй, главное заблуждение об электричестве [Veritasium]Скачать

ЕГЭ Физика 205F4D В постоянном магнитном поле заряженная частица движется по окружностиСкачать

Все виды движения в магнитном поле | Физика ЕГЭ 2023 | УмскулСкачать

Движение заряженных частиц Лекция 9-2Скачать

55. Движение частиц в электромагнитных поляхСкачать

Электрическое поле. Откуда берется ток.Скачать