|
دید کلی
قوانینی که میدانهای الکتریکی و مغناطیسی ناشی از طرق مختلف قرار گرفتن بارها و جریان الکتریکی را معین می‌کنند، موضوع نظریه الکترومغناطیسی ، مسئله‌ای مکانیکی است.حرکت در میدان الکتریکی
اگر ذره‌ای باردار با بار الکتریکی q در یک میدان الکتریکی با شدت E قرار گیرد، از طرف میدان بر این ذره نیرویی وارد می‌شود که مقدار با حاصل ضرب مقدار بار q در شدت میدان الکتریکی نقطه‌ای که ذره باردار در آن نقطه قرار گرفته است، برابر می‌باشد. در صورتی که ذره دارای بار مثبت باشد، این نیرو جاذبه و اگر بار ذره منفی باشد، این نیرو دافعه خواهد بود.حرکت در میدان مغناطیسی
حال اگر ذره با بار الکتریکی q در یک میدان مغناطیسی حرکت کند، نیرویی که در میدان مغناطیسی بر این ذره وارد می‌کند، به سرعت ذره نیز بستگی دارد. یعنی اگر القای مغناطیسی را با B نشان دهیم و V سرعت ذره باشد، در این صورت نیروی F وارد بر ذره از رابطه (F = qV × B(r حاصل می‌شود. جهت این نیرو با استفاده از قاعده دست راست حاصل می‌شود.
|
حرکت در حالت کلی
نیروی کل الکترومغناطیسی ناشی از شدت میدان الکتریکی (E(r و القای مغناطیسی (B(r بر ذره باردار همان نیروی لورنتس می‌باشد که طبق:F = qE + qV × B
تعیین می‌شود. مسائل مختلف علمی و نظری بسیاری وجود دارند که شامل حرکت ذرات باردار در میدان الکتریکی و مغناطیسی هستند. بطور کلی برای حل هر نوع مسئله باید روشهای خاصی ابداع شود.
حرکت ذره باردار در میدان مغناطیسی ثابت
فرض کنید ذره‌ای به جرم m و بار الکتریکی q در یک میدان مغناطیسی ثابت یکنواختی قرار دارد. اگر جهت میدان مغناطیسی B را در راستای محور z در نظر بگیریم، یعنی B = Bk̂ که k̂̂̂ برداری یکه در امتداد محور z است. بر این اساس می‌توان معادلات حرکت را در راستای سه محور x و y و z نوشت. چون میدان B در راستای محور z است. بنابراین نمی‌تواند در راستای محور z نیرویی بر ذره اعمال کند. پس حرکت باید در صفحه xy صورت گیرد.بنابراین مسیر حرکت ذره دایرهای خواهد بود که شعاع این دایره نیز قابل محاسبه است. در یک سیکلوترون ، ذرات باردار در میدان مغناطیسی یکنواخت در مسیرهای دایرهای شکلی حرکت می‌کنند و انرژی آنها با عبور از میدان الکتریکی متناوبی در هر بار دور ، دوباره افزایش می‌یابد. در این حالت شعاع دایره نیز زیاد می‌شود، تا سرانجام به یک مقدار ماکزیمم برسد که در آن شعاع ، ذرات با انرژی یعنی از دستگاه خارج می‌شوند.
حرکت در میدان الکترومغناطیسی ثابت
فرض کنید ذره‌ای به جرم m و به بار q در یک میدان الکتریکی ثابت یکنواخت به شدت E و یک میدان مغناطیسی ثابت یکنواختی به خود القایی Bحرکت کند. به گونه‌ای که میدان B در جهت محور z و میدان E به موازات صفحه xy قرار گیرد. در این صورت مسیر حرکت ذره یک مسیر مارپیچی حول محور z خواهد بود.البته می‌توان با تشکیل معادلات حرکت و حل این معادله مقادیر x و y را در هر لحظه معین نمود. همچنین به دلیل معادله حرکت در امتداد محور x (یا y )شبیه معادله حرکت نوسانگر هماهنگ ساده است، لذا نمی‌توان فرکانس حرکت را نیز به راحتی به دست آورد. اما به دلیل اجتناب از پیچیدگی‌های ریاضی مسئله از آوردن این معادلات خودداری شده است.
مباحث مرتبط با عنوان
- الکترون
- الکتریسیته
- القای مغناطیسی
- بار الکتریکی
- حرکت دورانی
- ذرات باردار
- سیکلوترون
- قانون کلون
- مغناطیس
- میدان مغناطیسی
- میدان الکتریکی
- نظریه الکترومغناطیسی
- نیرو مغناطیسی
- نیروی الکتریکی
- نیروی لورنتس