การเคลื่อนที่ของประจุในสนามแม่เหล็ก
1
ในห้องทดลองนี้แสดงการเคลื่อนที่ของประจุลบ
ในสนามแม่เหล็กที่มีทิศทางอยู่บนแกน +
Z และ -Z
เริ่มต้นให้อนุภาคเคลื่อนที่ออกจากจุดกำเนิดด้วยความเร็ว
vx และ vz
กำหนดให้ B = + 2.0 mT
บนแกน +Z ให้ vZ
= 0 และ vx
มีค่าสูงสุด = 8.0 x 107
m/s กดปุ่ม RUN
สังเกตว่าเกิดอะไรขึ้น
ไม่ว่าประจุทดสอบที่ใช้ในห้องทดลองจะเป็นประจุบวกหรือลบ
เวกเตอร์ v x B
จะมีทิศทางเข้าหาจุดศูนย์กลางเสมอ
แต่ในห้องทดลองกำหนดให้เป็นประจุลบ
อนุภาคจะเคลื่อนที่เป็นวงกลมทวนเข็มนาฬิกาบนแกน
+y
สังเกตดูที่จุดกำเนิด x
=0 , y =0
ความเร็วจะวิ่งอยู่ในทิศทางบวก
x เพราะว่า เวกเตอร์
B มีทิศพุ่งออก ทำให้เวกเตอร์
v X B ชี้ไปในทิศทางแกน - y
แต่เนื่องจากเป็นประจุลบ
ทิศทางการครอสของเวกเตอร์จึงมีทิศทางไปทางแกน
+y
นั่นคือทิศทางของแรงเข้าสู่ศูนย์กลางที่จุดกำเนิด
พุ่งไปบนแกนบวก y
เช่นเดียวกันเมื่อประจุหมุนขึ้นไปบนสุด
( x=0 , y = ymax )
ความเร็วจะวิ่งอยู่ในทิศทาง
-x ทิศทางการครอสของเวกเตอร์จึงมีทิศทางไปทางแกน
-y
นั่นคือทิศทางของแรงเข้าสู่ศูนย์กลางที่จุดกำเนิด
พุ่งไปบนแกนลบ y
เพราะ
แรงเข้าสู่ศูนย์กลางที่กระทำกับประจุมีขนาดคงที่
ทำให้ประจุหมุนเป็นวงกลมอยู่ได้
ลองตอบคำถามว่า
เกิดอะไรขึ้นกับรัศมีวงโคจร
R ขณะที่เราลดค่า vx
โดยให้ B คงที่ และ
vZ เป็นศูนย์ ?
กลับทิศทางของเวกเตอร์
B
โดยกำหนดค่าสนามแม่เหล็ก
= - 2.0 mT
และยิงอิเล็กตรอนออกไปด้วยความเร็ว
vz = 0 และ vx
= 8.0 x 10 7 m/s
สังเกตดูว่าประจุลบหมุนทวนหรือตามเข็มนาฬิกา
ทั้งหมดนั้นเรากำหนดไว้ว่า
ประจุไม่มีการสูญเสียพลังงานขณะเคลื่อนที่
ทำให้รัศมีวงโคจร R
คงที่
แต่ถ้าอนุภาคมีการสูญเสียพลังงาน
การเคลื่อนที่ของประจุจะเป็นวงกลมหมุนเข้าข้างใน
เป็นเกลียวใน
ให้สังเกตการเคลื่อนที่ของประจุในห้องฟอง
(Bubble chamber) หรือห้องหมอก
อะไรจะเกิดขึ้นถ้าคุณให้ความเร็วในแนวดิ่งกับประจุด้วย
กำหนดให้ vz =
6.0 x 105 m/s และ vx
= 8.0 x 10 7 m/s (อนุภาคจะเคลื่อนที่เป็นเกลียวขึ้นไปข้างบน)
|