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Charge électrique dans un champ magnétique
 

Charge électrique dans un champ magnétique

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Électrons jouent le rôle principal de nombreux domaines de la science et la technologie, qu’ils possèdent une charge électrique, leur permettant de transporter le courant.

Charge électrique, ou q, est une propriété physique qui décrit si une unité de la matière a plus de protons, ce qui en fait chargés positivement, plus d’électrons, ce qui en fait une charge négative ou un nombre égal de protons et d’électrons, ce qui en fait sans inculpation. Cette propriété fondamentale décrit les interactions électromagnétiques, où comme frais sont repoussés et en face de charges sont attirés.

J.J. Thomson est crédité de la découverte de l’électron, où il a montré qu’un rayon cathodique pourrait être dévié par un champ magnétique dans un tube à vide. Cela a conduit à la conclusion que les électrons portent une charge négative permanente et activé son calcul du ratio masse charge électrons.

Cette vidéo va introduire le concept de la force exercée sur une charge dans un champ magnétique et le calcul du ratio masse sur accusation d’une électrode à l’aide d’une tube cathodique expérience similaire à celle utilisée par J.J. Thomson.

Aimants permanents, tels que bar aimants, ont des pôles Nord et Sud. Pôles différents s’attirent, tandis que des pôles semblables repoussent mutuellement. Aimants permanents génère un champ magnétique, ou B, où la direction du champ est toujours orientée vers le nord au sud. De même, un champ magnétique peut être généré par le déplacement de charges électriques ou courant dans un fil.

L’orientation du fil, comme une boucle ou bobine, l’ampleur et la direction du courant influence grandement le champ magnétique. Comme avec n’importe quel champ de vecteur, un champ magnétique peut être spécifié à un moment donné avec la direction et l’amplitude.

Une des principales propriétés d’un champ magnétique est qu’il peut employer la force contre un coût de déménagement, l’intensité de la force sur une particule est décrite par la Loi de force de Lorentz ; où force est égale à l’amplitude de la charge fois le produit croisé de sa vitesse et le champ magnétique.

L’intensité de la force générée par le champ magnétique peut alors s’écrire en fonction de l’angle entre la vitesse et le champ magnétique, le thêta. À cause de cet angle, la force est plus élevée lorsque la vitesse et du champ magnétique sont perpendiculaires les uns aux autres. Il n’y a pas de force lorsque la vitesse et le domaine sont parallèles les uns aux autres.

La direction de la force est perpendiculaire au plan défini par la vitesse et le champ magnétique. La direction de cette force peut facilement être déterminée à l’aide de la règle de la main droite. La règle de la main droite est utilisée en pointant les doigts de la main droite en direction de la vitesse, les balayer dans la direction du champ magnétique.

Quand le pouce est sortait, elle pointe en direction de la force exercée par le champ magnétique sur le coût de déménagement, lorsque la charge est positive. Lorsque la charge est négative, la force est la direction opposée.

Parce que la force est perpendiculaire à la vitesse, il peut seulement changer la direction de la vitesse. Lorsque la vitesse et le champ magnétique sont perpendiculaires entre eux, la particule chargée suit une trajectoire circulaire à vitesse constante.

Seconde loi de Newton peut être utilisé pour calculer le ratio frais de masse d’un électron, où l’accélération est l’accélération centripète. Lorsqu’il est combiné avec la Loi de conservation de l’énergie et la Loi de force de Lorentz, une équation concernant le ratio frais de masse et le potentiel et le champ magnétique peut être générée.

Le ratio masse frais peut alors être calculé en utilisant une configuration cathodiques. Trois éléments d’information ; la tension d’accélération, la force du champ magnétique et le rayon de la trajectoire circulaire suivie par les particules chargées sont nécessaires pour le calcul.

Maintenant, nous allons démontrer cette notion et calcul à l’aide d’un tube cathodique. Dans cette expérience, les électrons sont accélérés dans un tube et sont ensuite déviés par un champ magnétique appliqué. Le ratio frais de masse d’un électron est alors calculé et comparé à la valeur connue.

Tout d’abord, se familiariser avec l’appareil expérimental. Notez qu’il y a deux circuits indépendants dans l’appareil, dont le premier génère le champ magnétique.

Localiser les serpentins qui génèrent le champ magnétique et l’ampèremètre numérique, qui permet la mesure de courant. Repérez le commutateur double-pole-double-throw, qui est utilisé pour inverser le sens du courant et donc inversion du champ magnétique.

Fourniture de courant à des bobines qui créent le champ magnétique à l’aide de la molette.

Dans le second circuit tourne le tube électronique. Localiser l’alimentation haute tension qui définit l’accélération de la tension et un signal alternatif de 6,3 V raccordées à un filament. Électrons sont générés par le filament et accélérés par la tension d’accélération.

Dans le second circuit, allumez l’alimentation haute tension pour allumer le filament. Notez que la lumière qui s’allume à l’intérieur du tube est le filament incandescent.

Augmentez progressivement le niveau de tension à environ 2000 V. La partie de l’écran à l’intérieur du tube, qui est touché par le faisceau d’électrons, devrait s’illuminer bleu visibiliser le faisceau d’électrons.

Ensuite, régler le courant traversant les bobines, créant un champ magnétique uniforme. Observez que le courant est adapté vers le haut ou vers le bas, le chemin du faisceau modifie. Ajuster le courant pour passer le faisceau à travers un point particulier de X Y sur la grille. Enregistrer l’amplitude du courant nécessaire pour frapper ce point.

Renverser le courant pour la poutre dans le sens inverse de la courbe et régler le courant jusqu'à ce que le faisceau passe par le point X, Y: négatif ou le reflet du point d’origine. Enregistrer l’amplitude du courant. Répétez pour quatre tensions accélération plus, utilisant les mêmes points d’Y XY X négatifs.

Observer que la tension d’accélération est augmentée et les électrons voyagent plus vite, le faisceau penche moins. Ainsi le courant de la bobine doit être supérieur à atteindre les mêmes X, Y point.

Ensuite, répétez l’expérience complète, alors que cette fois garder la tension d’accélération constante et variables X, Y, X, négatif Y emplacements. Recueillir les cinq ensembles de données, enregistrer les coordonnées du point et l’ampleur actuelle pour chaque point et son image miroir.

Le rayon R, de la marche des rayons pour chaque tension d’accélération peut être calculé en utilisant le théorème de Pythagore.

Moyenne des deux courants nécessaires pour frapper les X, Y et X, Y des points pour chaque tension d’accélération supprimer l’effet du champ magnétique terres négatifs. Faites de même pour les couples Y variées, X, Y et X, négatifs à la même tension d’accélération. Utilisez ensuite le courant moyen de calculer la force du champ magnétique, B. Dans le cas de cette configuration, le champ magnétique est égal à 0.00423 fois le courant.

En faisant varier la tension d’accélération, utilisez la valeur du champ magnétique, le rayon constant et la tension correspondante pour calculer l’ampleur de l’exposé au rapport de masse d’un électron. De même, lorsqu’elle varie le X, Y emplacements, utilisez la valeur du champ magnétique, la tension constante et le rayon correspondant pour calculer le ratio de frais-masse de l’électron.

Puis calculer la moyenne pour les variables tension d’accélération et de diverses conditions emplacements X & Y. Ces valeurs de ratio calculé expérimentalement comparent bien le rapport masse sur charge connu d’un électron.

Les particules chargées, qui se déplacent dans une trajectoire circulaire en raison d’un champ magnétique appliqué, ont une large gamme d’applications dans la technologie.

Spectromètres de masse identifient les composantes inconnues d’un échantillon issu de leur rapport masse sur charge. Particules de voyage dans un rayon différent selon leur rapport masse sur charge, la tension d’accélération et du champ magnétique appliqué. Ces paramètres permettent la séparation des différents composants.

Dans cet exemple, les gaz volatils ont été recueillis dans un tube à essai fermant à clé et puis analysés par spectrométrie de masse. Les molécules de gaz sont ionisés à l’aide d’un ioniseur d’impact électronique. Les particules chargées ont ensuite été séparés selon leur rapport masse sur charge.

Avant LCD, LED et plasma technologie d’écran, tubes cathodiques, comme l’expérimental mis en place dans cette vidéo, sont à la base pour tous les écrans de télévision et écrans d’ordinateur. Les tubes à rayons cathodiques étaient composés de plusieurs canons d’électrons, pour parvenir à plusieurs couleurs et un écran fluorescent pour montrer les spots individuels.

Équipement de laboratoire commun utilise encore des affichages de tube cathodique, tels que les oscilloscopes base. La différence étant que la déviation des électrons se faite via la déflexion électrostatique, plutôt que de déflexion magnétique.

Vous avez juste regardé introduction des charges électriques dans un champ magnétique de Jupiter. Vous devez maintenant comprendre comment les électrons sont influencés par les champs magnétiques et comment utiliser un champ magnétique pour déterminer le ratio frais de masse d’un électron. Merci de regarder !

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