Πώς συμπεριφέρεται ένα ηλεκτρόνιο σε ένα μαγνητικό πεδίο;
1. Δύναμη σε κινούμενη χρέωση:
* Lorentz Force Law: Ένα κινούμενο φορτισμένο σωματίδιο βιώνει μια δύναμη όταν εισέρχεται σε ένα μαγνητικό πεδίο. Η δύναμη είναι κάθετη τόσο στην ταχύτητα του σωματιδίου όσο και στην κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου. Αυτή η δύναμη δίνεται από:
* f =q (v x b)
* F:Δύναμη στη χρέωση
* Ε:Φορτς του σωματιδίου (για ηλεκτρόνιο, q =-1.602 x 10^-19 coulombs)
* V:ταχύτητα του σωματιδίου
* Β:Αντοχή μαγνητικού πεδίου
* X:Cross Product (καθορίζει την κατεύθυνση της δύναμης)
2. Κυκλική κίνηση:
* σταθερό μαγνητικό πεδίο: Εάν η ταχύτητα του ηλεκτρονίου είναι κάθετη στο μαγνητικό πεδίο, η δύναμη θα είναι σταθερή σε μέγεθος και θα κατευθύνεται πάντα προς το κέντρο ενός κύκλου. Αυτό προκαλεί το ηλεκτρόνιο να μετακινείται σε κυκλική διαδρομή.
* ακτίνα της κυκλικής διαδρομής: Η ακτίνα αυτής της κυκλικής διαδρομής προσδιορίζεται από την ταχύτητα, το φορτίο και τη δύναμη του μαγνητικού πεδίου. Ο τύπος για την ακτίνα είναι:
* r =(mv) / (qb)
* r:ακτίνα της κυκλικής διαδρομής
* M:Μάζα του ηλεκτρονίου (9.11 x 10^-31 kg)
* V:ταχύτητα του ηλεκτρονίου
* Ε:Φόρτιση του ηλεκτρονίου
* Β:Αντοχή μαγνητικού πεδίου
3. Helical Motion:
* Μη πελατοειδές μαγνητικό πεδίο: Εάν η ταχύτητα του ηλεκτρονίου δεν είναι κάθετη στο μαγνητικό πεδίο, η δύναμη θα έχει ένα συστατικό κάθετο στο πεδίο (προκαλώντας κυκλική κίνηση) και ένα συστατικό παράλληλο προς το πεδίο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα ένα ελικοειδές μονοπάτι.
4. Μαγνητική διπολική στιγμή:
* περιστροφή και τροχιακή κίνηση: Τα ηλεκτρόνια έχουν μια εγγενή ιδιότητα που ονομάζεται περιστροφική γωνιακή ορμή, η οποία δημιουργεί μια μαγνητική διπολική στιγμή (όπως ένας μικροσκοπικός μαγνήτης μπαρ). Αυτή η ροπή διπολικού αλληλεπιδρά με εξωτερικά μαγνητικά πεδία, συμβάλλοντας στη συμπεριφορά του ηλεκτρονίου στον τομέα.
* Larmor Precession: Η μαγνητική διπολική στιγμή ενός ηλεκτρονίου σε ένα μαγνητικό πεδίο βιώνει μια ροπή που την προκαλεί να προσελκύσει γύρω από την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου. Αυτή η πρεσβεία είναι γνωστή ως Larmor Procession.
Εφαρμογές:
Η αλληλεπίδραση ηλεκτρονίων με μαγνητικά πεδία είναι η βάση για πολλές τεχνολογίες, όπως:
* φασματομετρία μάζας: Τα μαγνητικά πεδία χρησιμοποιούνται για τον διαχωρισμό των ιόντων με βάση τον λόγο μάζας προς φόρτιση.
* απεικόνιση μαγνητικού συντονισμού (MRI): Η μαγνητική τομογραφία χρησιμοποιεί την πρίζα των πρωτονίων σε ένα μαγνητικό πεδίο για να δημιουργήσει λεπτομερείς εικόνες του ανθρώπινου σώματος.
* Ηλεκτρονική μικροσκοπία: Τα μαγνητικά πεδία χρησιμοποιούνται για να εστιάσουν και να χειρίζονται δέσμες ηλεκτρονίων σε ηλεκτρονικά μικροσκόπια.
Συνοπτικά:
Τα ηλεκτρόνια που κινούνται σε ένα μαγνητικό πεδίο βιώνουν μια δύναμη που τους αναγκάζει να κινούνται σε κυκλικά ή ελικοειδή μονοπάτια. Αυτή η αλληλεπίδραση διέπεται από το νόμο Lorentz Force και αποτελεί θεμελιώδη αρχή στον ηλεκτρομαγνητισμό. Έχει σημαντικές εφαρμογές σε διάφορους τομείς, συμπεριλαμβανομένης της φυσικής, της χημείας και της ιατρικής.
