Ứng dụng của lực Lorentz

Như ta đã biết, từ trường tác dụng lực lên dòng điện đặt trong nó – Lực từ (lực Ampere). Dòng điện là dòng chuyển dời có hướng của các điện tích tự do bên trong nó. Vậy các điện tích tự do có chịu tác dụng của từ trường không và nếu có thì các lực này có đặc điểm như thế nào?

Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz LỰC LORENTZ Như ta biết, từ trường tác dụng lực lên dòng điện đặt – Lực từ (lực Ampere) Dòng điện dòng chuyển dời có hướng điện tích tự bên Vậy điện tích tự có chịu tác dụng từ trường không có lực có đặc điểm nào? http://youtu.be/MssrQHZnZuo Thực nghiệm chứng minh, hạt điện tích chuyển động có chịu tác dụng lực từ Điển hình ta đưa nam châm đến gần dòng catot, (dòng bao gồm hạt điện tử chuyển động khí áp suất thấp), ta thấy dòng catot bị lệch đi, chứng tỏ điện tử chịu lực tác dụng từ trường Thí nghiệm dòng catot chịu tác dụng từ trường: TN1, TN2, TN3, TN4 http://youtu.be/RT_GkkBqFHQ http://youtu.be/FejqcW7WYPc http://youtu.be/cMoYcumxp9o http://youtu.be/y9ufqY8WyaA Tuy nhiên, qua thí nghiệm thấy điện tích chịu lực tác dụng, xét lực tác dụng lên điện tích Để rõ ràng hơn, người ta xét thí nghiệm vòng dây Hem-hôn (Helmholtz) Vòng dây Helholtz thiết bị gồm vòng dây đặt cách khoảng bán kính vòng dây Trong khoảng đó, đặt bóng đèn áp suất thấp (bơm khí trơ: Ar, Kr, …, xoay được) với đèn sợi đốt (dây tóc phủ BaO nhằm phát xạ nhiều electron hơn) Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz Khi cấp điện vào đèn sợi đốt, dây tóc đèn nóng sát phát electron (phát xạ nhiệt), cầu có tia sáng – tia catot Khi có dòng điện vào đèn sợi đốt tia sáng có dạng đường thẳng, ta cấp điện cho cuộn dây Helholtz dây sinh từ trường, , khoảng không gian hình trụ nằm tâm đối xứng có kích thước khoảng 1/5 đường kính vòng tròn có từ trường đều, tia sáng có dạng vòng tròn sáng xoay bóng đèn tia catot có dạng vòng xoắn ốc Thí nghiệm Helholtz http://youtu.be/evrdtbvBRh8 Hình dạng tia sáng cho ta biết quỹ đạo electron từ trường, electron không chuyển động thẳng mà chuyển động tròn chứng tỏ electron chịu lực tác dụng từ trường Ngoài ra, electron mà hạt mang điện chuyển động từ trường chịu lực tác dụng từ trường Lực mà từ trường tác dụng lên hạt mang điện chuyển động nhà bác học Lorentz xác định giá trị độ lớn nên gọi lực Lorentz Vậy, hạt mang điện chuyển động từ trường chịu tác dụng lực gọi lực Lorentz, xác định công thức: Trong đó: q : điện tích hạt : véc-tơ vận tốc hạt : véc-tơ cảm ứng từ Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz Ta có nhận xét : Các hạt điện tích chuyển động tạo thành dòng (dòng điện), lực từ - lực Ampere tác dụng lên dòng điện tổng hợp lực Lorentz tác dụng lên electron chuyển động Do đó, phương chiều lực Lorenz xác định theo quy tắc bàn tay trái xác định lực từ Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz Lực Lorentz xác định thực nghiệm có đặc điểm : - Độ lớn lực Lorentz : Với α góc hợp - Phương : vuông góc với mặt phẳng chứa véc-tơ vận tốc hạt mang điện véc-tơ cảm ứng từ điểm khảo sát Chiều : xác định theo quy tắc bàn tay trái : Đặt bàn tay trái duỗi thẳng đường cảm ứng từ xuyên vào lòng bàn tay, chiều từ cổ tay đến ngón tay chiều chuyển động chiều ngón tay choãi 900 chiều lực Lorentz hạt mang điện dương (q>0) chiều ngược lại hạt mang điện âm Ở ta lưu ý: - Trong kim loại, dòng điện dòng dịch chuyển electron tự do, mà chiều dòng điện quy ước chiều dịch chuyển điện tích dương Do đó, chiều dòng điện ngược lại với chiều chuyển động electron Trong trường hợp quy tắc trùng với quy tắc xác định lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn mang dòng điện Và thực chất quy tắc hiểu quy tắc bàn tay trái với ý chiều dòng điện theo quy ước chiều chuyển động điện tích dương Ngoài ra, ta xây dựng biểu thức lực Lorentz dựa vào công thức lực Ampere Xét lực tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng dài , có cường độ dòng điện I chạy qua Theo công thức Am-pe, lực có biểu thức Trong với vec tơ mật độ dòng điện, S tiết diện vật dẫn, mật độ hạt mang điện tự vật dẫn, vận tốc chuyển động hạt mang điện tích dương (nếu hạt mang điện tích âm hướng ngược lại – kim loại), q điện tích hạt Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz Lực tác dụng viết lại , với thể tích đoạn dây dẫn Mặt khác, số hạt mang điện tự dòng điện đoạn dây dẫn Vì đoạn dây dẫn ta xét nhỏ, đồng chất nên hạt mang điện đoạn dây dẫn hoàn toàn tương đương Từ đó, lực từ tác dụng lên hạt mang điện có điện tích q chuyển động với từ trường có cảm ứng từ : Như công thức lực Lorentz xây dựng từ công thức lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn có dòng điện chạy qua đứng yên từ trường, vận tốc trung bình chuyển động định hướng điện tích Tuy nhiên, biểu thức mà tác dụng thu lực Lo-ren-xơ cho điện tích chuyển động vận tốc riêng chuyển động Lưu ý rằng, mô hình để từ công thức Am-pe dẫn đến công thức lực Lorentz, lực Lorentz áp dụng với điện tích riêng lẻ chuyển động từ trường Ngay vật dẫn dòng điện hạt mang điện vật dẫn chuyển động nhiệt hỗn loạn có lực Lorentz tác dụng lên chúng Thế chuyển động nhiệt không ưu tiên theo hướng nên lực tác dụng lên điện tích riêng biệt phương ưu tiên Kết lực tác dụng tổng hợp lên vật dẫn không Khi điện tích chuyển động hỗn loạn, dòng điện có lực Lorentz tác dụng lên điện tích đặt từ trường Mô lực Lorentz http://lectureonline.cl.msu.edu/~mmp/kap21/cd533capp.htm QUỸ ĐẠO CỦA HẠT CHUYỂN ĐỘNG TRONG TỪ TRƯỜNG Video http://youtu.be/jygpNifpyok http://www.sciences.univnantes.fr/sites/genevieve_tulloue/Meca/Charges/q_dans_B2.html Xét hạt khối lượng m mang điện tích , có vận tốc ban đầu vào khoảng không gian có từ trường với cảm ứng từ ; bỏ qua tác dụng trọng lực (vì khối lượng hạt m nhỏ) Theo định luật II Niutơn công thức định luật lực Lorentz, phương trình chuyển động hạt có dạng: Lực Lorentz luôn vuông góc với vectơ vận tốc nên công lực Lorentz không ( = 0) Theo định lý động động hạt không đổi, độ lớn vận tốc không đổi trình hạt chuyển động Như thấy hạt mang điện chuyển động từ trường bị thay đổi hướng vận tốc mà Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz không tăng tốc hạt Điều khác với điện tích chuyển động điện trường tăng tốc a Trường hợp vận tốc vuông góc với Lực Lorentz có phương chiều hình vẽ có độ lớn Vì lực Lorentz vuông góc với phương chuyển động nên đóng vai trò lực hướng tâm Dưới tác dụng lực hạt chuyển động tròn theo đường tròn bán kính r Từ đó, bán kính r quỹ đạo chuyển động hạt Biểu thức cho thấy bán kính quỹ đạo phụ thuộc vào vận tốc hạt mang điện, vào độ lớn cảm ứng từ B tỉ số (gọi điện tích riêng hạt) Chu kì T chuyển động hạt Tốc độ góc hạt Tốc độ góc ω gọi tần số xiclôtrôn Chu kì T tần số xiclôtrôn ω hạt phụ thuộc vào điện tích riêng cảm ứng từ , mà không phụ thuộc vào vận tốc Hạt mang điện chuyển động từ trường có vận tốc vuông góc với chuyển động tròn b Trường hợp vận tốc ban đầu hợp với cảm ứng từ góc α http://d.violet.vn/uploads/resources/607/part_EB.swf http://d.violet.vn/uploads/resources/607/mouvt_charge.swf l Đinh Trung Nguyên  v  B  vt F - - Lực Lorentz Có thể xem chuyển động hạt gồm hai thành phần: Chuyển động tròn mặt phẳng vuông góc với , với vận tốc dài , bán kính quỹ đạo , chu kì T tần số góc ω xác định công thức thay (xem clip http://youtu.be/Vow_t0mcIZs) Chuyển động thẳng với vận tốc dọc theo phương Vì vậy, quỹ đạo hạt đường xoắn ốc hình trụ, có trục trùng với phương vectơ cảm ứng từ Bước đường xoắn ốc Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz Cực quang (clip http://youtu.be/juY5fXgsNJI) Cực quang xuất hạt mang điện (electron; proton) luồng vật chất từ Mặt Trời phóng tới hành tinh xung quanh Khi hạt tiếp xúc với từ trường hành tinh (Mặt đất ) chúng bị đổi hướng tác dụng lực Lorentz Lực làm cho hạt chuyển động theo quỹ đạo xoắn ốc dọc theo đường cảm ứng từ hành tinh (Trái đất) Tại hai từ cực đường cảm ứng từ hội tụ lại làm cho hạt mang điện theo sâu vào khí hành tinh tạo thành vành đai (belts) xạ Van Allen tầng cao khí trái đất Khi sâu vào khí hạt mang điện va chạm với phân tử, nguyên tử khí hành tinh kích thích phân tử phát sáng Do thành phần khí hành tinh chứa nhiều khí khác nhau, bị kích thích loại khí phát ánh sáng có bước sóng khác nhau, tức nhiều màu sắc khác tạo nhiều dải sáng với nhiều màu sắc bầu trời hai cực (Nguyên tử oxi phát anh sáng xanh lục, nguyên tử nitơ phát anh sáng mầu hồng) http://youtu.be/jQahAcYQUo0 Mô giải thích: http://d.violet.vn/uploads/resources/607/Luctu_Lorentz_Mancucquang_BacCuc.swf, Van-Alen Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz http://youtu.be/er3O3B-ZrIg Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz Điều khiển đèn hình CRT Đèn hình CRT phận dùng để hiển thị hình ảnh TV, máy vi tính, dao động kí Một chùm tia điện tử mảnh phóng từ cathode nung nóng, tia điện tử gia tốc điện trường anode thứ (slits) Nếu không làm lệch điện trường từ trường electron bay thẳng đập vào vị trí huỳnh quang, có chấm sáng Để hiển thị hình ảnh; chùm tia điện tử cần điều khiển quét khắp huỳnh quang Cơ cấu thực nhiệm vụ cuộn dây cặp tụ điện Chùm tia điện tử bị lệch từ trường cuộn dây lực Lorentz lệch điện trường tụ điện lực điện Việc làm lệch chùm tia điện tử điều khiển nhờ tín hiệu đưa vào cặp tụ cuộn dây Tín hiệu điều khiển lệch chùm tia theo phương dọc ngang Vì điện tử có khối lương bé nên quán tính nhỏ, thay đổi hướng vận tốc thực dễ dàng Chùm tia điện tử quét nhanh tạo phát sáng điểm hình Tập hợp điểm sáng khác hình tạo thành hình ảnh hiển thị Clip: http://youtu.be/NVIqsEOjCUQ, http://youtu.be/x-A9X84e2rQ, http://youtu.be/udths3b65LE, đưa nam châm lại gần hình CRT quan sát tượng 10 Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz http://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/java/halleffect/index.html#mainnavbot tomtext1 http://www.d.violet.vn/uploads/resources/607/EngHall_effect.swf http://www.sciences.univnantes.fr/sites/genevieve_tulloue/Meca/Charges/hall.html Máy gia tốc Máy gia tốc hạt dụng cụ tạo chùm ion hay electron lượng tính sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau, kính hiển vi xác Như biết, vật có kích thước kích thước tế bào sống nghiên cứu kính hiển vi quang học vật có kích thước kích thước nguyên tử nghiên cứu kính hiển vi điện tử Các chi tiết vật thể nhìn thấy (phân giải) cho bước sóng ánh sáng rọi vào Để thâm nhập phần bên nguyên tử hạt nhân, người ta cần phải sử dụng xạ có bước sóng nhỏ nhiều so với kích thước nguyên tử Các nucleon (proton neutron) bên hạt nhân nguyên tử có kích thước chừng 10-15 m cách khoảng cách vào bậc độ lớn Các electron quay xung quanh hạt nhân nguyên tử quark bên nucleon có kích thước, có, nhỏ 10-18 m; chúng giống chất điểm Ngoài việc cần thiết cho kính hiển vi hạ nguyên tử xác, hạt phát từ máy gia tốc hạt va chạm với hạt bia dẫn tới hình thành hạt mới, chúng thu lấy khối lượng chúng từ lượng va chạm theo công thức E = mc2 Như vậy, chuyển hóa sang khối lượng động dư thừa va chạm mà hạt, phản hạt hạt kì lạ tạo Các máy gia tốc hạt không công cụ dùng cho khảo sát giới hạ nguyên tử, mà sử dụng nhiều ứng dụng khác phân tích biến tính vật liệu quang phổ học, khoa học môi trường Các máy gia tốc tạo nguyên tố phóng xạ dùng làm chất đánh dấu y khoa, sinh học khoa học vật liệu Có tầm quan trọng tăng lên khoa học vật liệu máy gia tốc ion electron tạo số lượng phong phú neutron photon ngưỡng lượng rộng Các chùm photon hoàn toàn xác định chẳng hạn tăng cường sử dụng cho kĩ thuật in khắc để chế tạo chi tiết nhỏ cần thiết điện tử học 11 Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz Chi tiết máy gia tốc hạt tìm sách xuất gần đây, Giới thiệu máy gia tốc hạt, Edmund Wilson Nhà xuấn Đại học Oxford ấn hành năm 2001 Trong máy gia tốc hạt đầu tiên, hạt gia tốc hiệu điện cao đặt vào khe cathode anode (các điện cực) Những dụng cụ gọi ống tia cathode nghĩ vào cuối kỉ 19 Các loại máy gia tốc khác có phát minh khoảng thời gian gần bốn thập kỉ Các đề xuất gia tốc hạt theo kiểu lặp lặp lại thúc đẩy Ernest Orlando Lawrence tới quan niệm cho việc gia tốc hạt Trong cyclotron ông phát minh, hạt làm cho quay tròn từ trường qua lại khe gia tốc nhiều lần Thay cho hiệu điện chiều, người ta thiết đặt hiệu điện cao vào khe cho hạt gia tốc quỹ đạo xoắn ốc theo kiểu lặp lặp lại Sau phát minh nguyên lí cân pha vào năm 1940, hai loại máy gia tốc hình thành: máy gia tốc thẳng synchrotron Máy gia tốc tuần tự: Cyclotron, Synchrocylotron  Nguyên tắc hoạt động máy gia tốc cyclôtrôn Bài toán điện tích chuyển động từ trường vuông góc với vận tốc ban đầu cho thấy quỹ đạo điện tích đường tròn Chu kì quay điện tích không phụ thuộc vào vận tốc Tính chất ứng dụng máy gia tốc xiclôtrôn Đây thiết bị quan trong nghiên cứu vật lý hạt nhân hạt 12 Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz Tuy nhiên với loại máy gia tốc cyclotron bán kính quỹ đạo hạt: Theo bán kính phụ thuộc vào khối lượng hạt nên không thích hợp gia tốc với hạt khối lượng nhẹ electron Người ta phát triển loại máy gia tốc synchrocyclotron Cấu tạo máy gia tốc gồm hai điện cực, có dạng hai nửa hình hộp hình chữ D (D 1, D2) đặt buồng chân không Hai hộp chữ D đặt cách khe hẹp Đặt hiệu điện thay đổi tuần hoàn vào hai hộp, hai hộp D 1và D2 trở thành hai điện cực (đổi chiều không đổi cường độ) Khoảng khe hẹp có điện trường thay đổi tuần hoàn Toàn hai hộp đặt từ trường nam châm điện cực mạnh có cảm ứng từ góc với mặt hộp  B vuông Những hạt mang điện cung cấp từ nguồn P, đặt khe khe hở hai cực Quá trình gia tốc hạt mang điện thực làm nhiều bước Giả sử, hiệu điện hai cực lớn nhất, khe hai cực có hạt mang điện dương (proton); hạt chịu tác dụng điện trường bị hút vào điện cực âm (D), đươc gia tốc điện trường Khoảng không gian điện cực đẳng thế, hạt chịu tác dụng từ trường Với vận tốc vừa thu tác dụng từ trường, hạt chuyển động tròn, có bán kính tỷ lệ với vận tốc: Người ta chọn tần số hiệu điện xoay chiều tần số cyclôtrôn hạt (Điều kiện cộng hưởng) Sau hạt chuyển động nửa vòng tròn đến khe hở hai điện cực, lúc hiệu điện đổi dấu (sau nửa chu kỳ) đạt giá trị cực đại Hạt lại điện 13 Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz trường hai khe tăng tốc thêm, bay vào cực thứ hai, với vận tốc lớn hơn, quỹ đạo hạt có bán kính lớn trước thời gian chuyển động hạt điện cực D 1, D2 không đổi (bằng nửa chu kỳ) Quá trình tăng tốc tiếp tục Quỹ đạo hạt có dạng gần đường xoắn ốc (tròn vùng hộp D thẳng khe – tổng hợp lại quỹ đạo hình gần xoắn ốc) http://youtu.be/QhjRcUon0dQ Năng lượng cực đại Wmax cung cấp cho hạt phụ thuộc vào cảm ứng từ nam châm điện, vào bán kính quỹ đạo cực đại rmax hạt rmax bán kính hộp) rmax = R = Ta có: Wmax = đó: v max q B m mv 2max q 2 = R B 2m Đối với máy gia tốc cyclotron, W max đạt tới vài chục MeV Bởi hạt thu lượng lớn tới mức khối lượng m hạt tăng lên hiệu ứng tương đối tính dẫn đến điện tích riêng giảm Theo tần số xiclôtrôn giảm, đồng tần xiclôtrôn tần số điện trường không hạt không tăng tốc Khi đó, muốn cho lượng hạt lớn, cần phải thay đổi tần số hiệu điện tăng tốc (trong máy gia tốc phazôtrôn) thay đổi từ m B trường cho tỷ số không đổi (trong máy synchrocylotron) tần số hiệu điện tăng tốc lẫn từ trường biến đổi Lúc hạt gia tốc tới lượng hàng chục GeV.[4] Hoạt động Cyclotron: http://jol.liljenzin.se/CYCLOTR/CYCLOANI.HTM http://youtu.be/cNnNM2ZqIsc http://www.sciences.univnantes.fr/sites/genevieve_tulloue/Meca/Charges/cyclotron.html 14 Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz Khối phổ kế Khối phổ kế thiết bị dùng để đo đạc tỉ lệ khối lượng-trên-điện tích ion Kĩ thuật có nhiều ứng dụng, bao gồm: Xác định hợp chất chưa biết cách dựa vào khối lượng phân tử hợp chất hay phần tách riêng Xác định kết cấu chất đồng vị thành phần hợp chất Xác định cấu trúc hợp chất cách quan sát phần tách riêng Định lượng lượng hợp chất mẫu dùng phương pháp khác (phương pháp phổ khối vốn định lượng) Nghiên cứu sở hóa học ion thể khí (ngành hóa học ion chất trung tính chân không) Xác định thuộc tính vật lí, hóa học hay sinh học hợp chất với nhiều hướng tiếp cận khác Khối phổ kế bao gồm phận: • • • • Bộ tạo hạt ion Bộ phận gia tốc hạt Bộ lọc tốc độ Máy đo (detector) Các hạt tạo từ tạo ion có điện tích đưa qua phận gia tốc – phận gia tốc điện trường qua hạt thu vận tốc , sau phận chùm hạt có bay qua lọc tốc độ, có vùng từ trường điện trường đặt vuông góc với Khi hạt đồng thời chịu tác dụng lực: lực điện Coulomb lực từ Lorentz, lực cân hạt bay thẳng Khi đó: Vậy có hạt có vận tốc nhóm thoả mãn Bộ lọc vận tốc Thì qua lọc tốc độ 15 Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz Sau đó, hạt vào vùng từ trường , tác dụng từ trường, hạt chuyển động tròn với bán kính Các hạt có khối lượng khác chuyển động theo quỹ đạo khác với bán kính khác Người ta tách riêng hạt có điện tích có khối lượng khác http://youtu.be/jY98qgV7gwI http://youtu.be/zKv02CHPsWk 16 Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz Ngoài ứng dụng kể trên, lực Lorentz có nhiều ứng dụng khác: thiết bị Tokamak Ở ta không đề cập đến Ứng dụng lực Lorentz http://youtu.be/Hmiz-EQX4JA 17 Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz Kết luận Về giảng này, nêu lên loại lực mới, chất hơn, rõ ràng tác động từ trường lên hạt điện tích chuyển động Trong nêu kiến thức thường thức cho học sinh Ở SGK có khác biệt đôi chút, SGK bản, tìm hiểu khái niệm chung nhất, mang tính giới thiệu cho học sinh, công thức xây dựng cụ thể Trong SGK nâng cao, chi tiết lực Lorentz, phần tính toán hướng dẫn để học sinh tự làm Khó khăn lớn cho học sinh hình dung lực Lorentz tác dụng lên hạt điện tích chuyển động, với đặc điểm làm khó để có trực quan sinh động Giúp học sinh liên hệ lực Lorentz lực Am-pe nhằm tìm đặc điểm lực Lorentz phải phân biệt rõ cho học sinh loại lực này, tránh nhầm lẫn Khắc phục: để học sinh động hơn, hấp dẫn với học sinh tăng cường sử dụng thí nghiệm, hay video để học sinh dễ hiểu vấn đề Chú ý phân tích kĩ tượng, làm bật chất tượng để học sinh dễ nắm bắt Video thí nghiệm thực tế: http://youtu.be/e4g4Jb8vqiU http://youtu.be/VaKNwDxcdrY 18 Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz MỤC LỤC 19 [...]... http://youtu.be/zKv02CHPsWk 16 Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz Ngoài các ứng dụng kể trên, lực Lorentz còn có rất nhiều ứng dụng khác: thiết bị Tokamak Ở đây ta không đề cập đến Ứng dụng của lực Lorentz http://youtu.be/Hmiz-EQX4JA 17 Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz Kết luận Về bài giảng này, đây là một bài nêu lên 1 loại lực mới, bản chất hơn, rõ ràng hơn về tác động của từ trường lên hạt điện tích chuyển động... vuông góc với nhau Khi đó các hạt đồng thời chịu tác dụng của 2 lực: lực điện Coulomb và lực từ Lorentz, khi 2 lực này cân bằng nhau hạt sẽ bay thẳng Khi đó: Vậy chỉ có những hạt nào có cùng vận tốc nhóm thoả mãn Bộ lọc vận tốc Thì mới đi qua được bộ lọc tốc độ 15 Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz Sau đó, hạt sẽ đi vào vùng từ trường , tại đó dưới tác dụng của từ trường, hạt sẽ chuyển động tròn với bán kính... lực Lorentz, các phần tính toán sẽ được hướng dẫn để học sinh có thể tự làm Khó khăn lớn nhất trong bài này là làm sao cho học sinh hình dung ra lực Lorentz tác dụng lên hạt điện tích chuyển động, với đặc điểm đó làm chúng ta rất khó để có được sự trực quan sinh động Giúp học sinh liên hệ giữa lực Lorentz và lực Am-pe nhằm tìm ra đặc điểm lực Lorentz nhưng phải phân biệt rõ cho học sinh về 2 loại lực. .. http://www.sciences.univnantes.fr/sites/genevieve_tulloue/Meca/Charges/cyclotron.html 14 Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz Khối phổ kế Khối phổ kế là một thiết bị dùng để đo đạc tỉ lệ khối lượng-trên-điện tích của ion Kĩ thuật này có nhiều ứng dụng, bao gồm: 1 Xác định các hợp chất chưa biết bằng cách dựa vào khối lượng của phân tử hợp 2 3 4 5 6 chất hay từng phần tách riêng của nó Xác định kết cấu chất đồng vị của các thành phần trong hợp chất Xác định cấu trúc của một hợp chất bằng cách... đầu của nó cho thấy quỹ đạo điện tích là đường tròn Chu kì quay của điện tích không phụ thuộc vào vận tốc của nó Tính chất này được ứng dụng trong máy gia tốc xiclôtrôn Đây là một thiết bị quan trong trong nghiên cứu vật lý hạt nhân và các hạt cơ bản 12 Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz Tuy nhiên với các loại máy gia tốc cyclotron do bán kính quỹ đạo của hạt: Theo đó bán kính phụ thuộc vào khối lượng của. .. dẫn tới sự hình thành của những hạt mới, chúng thu lấy khối lượng của chúng từ năng lượng va chạm theo công thức E = mc2 Như vậy, bằng sự chuyển hóa sang khối lượng của động năng dư thừa trong một va chạm mà các hạt, phản hạt và những hạt kì lạ có thể được tạo ra Các máy gia tốc hạt không chỉ là công cụ dùng cho khảo sát thế giới hạ nguyên tử, mà còn được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác như phân tích... (D), đươc gia tốc bởi điện trường Khoảng không gian trong điện cực là đẳng thế, ở đó hạt chỉ chịu tác dụng của từ trường Với vận tốc vừa thu được dưới tác dụng của từ trường, hạt sẽ chuyển động tròn, có bán kính tỷ lệ với vận tốc: Người ta chọn tần số của hiệu điện thế xoay chiều bằng tần số cyclôtrôn của hạt (Điều kiện cộng hưởng) Sau khi hạt chuyển động được nửa vòng tròn và đến khe hở giữa hai điện... đạt giá trị cực đại Hạt lại được điện 13 Đinh Trung Nguyên Lực Lorentz trường giữa hai khe tăng tốc thêm, rồi bay vào trong cực thứ hai, với vận tốc lớn hơn, do đó quỹ đạo của hạt có bán kính lớn hơn trước trong khi thời gian chuyển động của hạt trong điện cực D 1, D2 thì không đổi (bằng nửa chu kỳ) Quá trình tăng tốc cứ tiếp tục mãi Quỹ đạo của hạt có dạng gần như một đường xoắn ốc (tròn trong vùng... cung cấp cho hạt phụ thuộc vào cảm ứng từ của nam châm điện, vào bán kính quỹ đạo cực đại rmax của hạt rmax bằng bán kính các hộp) rmax = R = Ta có: Wmax = do đó: v max q B m mv 2max q 2 2 2 = R B 2 2m Đối với máy gia tốc cyclotron, W max chỉ có thể đạt tới vài chục MeV Bởi vì khi hạt thu được năng lượng lớn tới mức nào đó thì khối lượng m của hạt tăng lên do hiệu ứng tương đối tính dẫn đến điện tích... trong một từ trường đều của một nam châm điện cực mạnh có cảm ứng từ góc với mặt hộp  B vuông Những hạt mang điện được cung cấp từ nguồn P, đặt ở khe giữa khe hở của hai cực Quá trình gia tốc các hạt mang điện được thực hiện làm nhiều bước Giả sử, khi hiệu điện thế giữa hai cực là lớn nhất, ở khe giữa hai cực có một hạt mang điện dương (proton); khi đó hạt sẽ chịu tác dụng của điện trường và bị hút