Вопрос задан 07.02.2025 в 11:22. Предмет Физика. Спрашивает Тимерзянова Александра.

Электрон (m≈9.1 · 10^-31 кг, e≈1.6 · 10^-19 Кл) влетает в магнитное поле со скоростью 10 Мм/с перпендикулярно линиям магнитной индукции (магнитное поле однородно). Величина вектора магнитной индукции В = 10 Тл. Найдите радиус вращения электрона (в м)

Перейти к ответам

Ответы на вопрос

Отвечает Martovitskaia Arina.

Задача предполагает использование законов, описывающих движение заряженной частицы в магнитном поле. Электрон, двигаясь с определённой скоростью, под действием магнитного поля будет двигаться по окружности. Чтобы найти радиус его траектории, воспользуемся следующим подходом.

Дано:

  • Масса электрона m=9.1×10−31m = 9.1 \times 10^{-31} кг
  • Заряд электрона e=1.6×10−19e = 1.6 \times 10^{-19} Кл
  • Скорость электрона v=10 Мм/с=10×106 м/сv = 10 \, \text{Мм/с} = 10 \times 10^6 \, \text{м/с}
  • Индукция магнитного поля B=10 ТлB = 10 \, \text{Тл}

Электрон движется перпендикулярно линиям магнитной индукции, то есть его движение будет происходить по окружности, радиус которой можно вычислить из уравнения для силы, действующей на заряженную частицу в магнитном поле.

Шаг 1: Сила Лоренца

Для заряженной частицы, движущейся с постоянной скоростью в магнитном поле, сила Лоренца FF, действующая на электрон, определяется выражением:

F=e⋅v⋅BF = e \cdot v \cdot B

где:

  • ee — заряд электрона,
  • vv — скорость электрона,
  • BB — магнитная индукция.

Шаг 2: Центростремительное ускорение

Эта сила является центростремительной силой, которая заставляет электрон двигаться по окружности. Центростремительная сила для частицы с массой mm и радиусом траектории rr определяется как:

F=m⋅v2rF = \frac{m \cdot v^2}{r}

где:

  • mm — масса электрона,
  • vv — скорость электрона,
  • rr — радиус его траектории.

Шаг 3: Приравнивание сил

Приравняем силу Лоренца к центростремительной силе:

e⋅v⋅B=m⋅v2re \cdot v \cdot B = \frac{m \cdot v^2}{r}

Упростим уравнение, разделив обе части на vv (предполагаем, что скорость v≠0v \neq 0):

e⋅B=m⋅vre \cdot B = \frac{m \cdot v}{r}

Решим относительно rr:

r=m⋅ve⋅Br = \frac{m \cdot v}{e \cdot B}

Шаг 4: Подставим известные значения

Теперь подставим все данные в формулу для rr:

r=9.1×10−31 кг⋅10×106 м/с1.6×10−19 Кл⋅10 Тлr = \frac{9.1 \times 10^{-31} \, \text{кг} \cdot 10 \times 10^6 \, \text{м/с}}{1.6 \times 10^{-19} \, \text{Кл} \cdot 10 \, \text{Тл}}

Посчитаем числовые значения:

r=9.1×10−31⋅10×1061.6×10−19⋅10r = \frac{9.1 \times 10^{-31} \cdot 10 \times 10^6}{1.6 \times 10^{-19} \cdot 10} r=9.1×10−251.6×10−18r = \frac{9.1 \times 10^{-25}}{1.6 \times 10^{-18}} r=5.6875×10−7 мr = 5.6875 \times 10^{-7} \, \text{м}

Ответ:

Радиус траектории электрона в магнитном поле составляет r≈5.7×10−7 мr \approx 5.7 \times 10^{-7} \, \text{м}, или 570 нанометров.

Похожие вопросы

Топ вопросов за вчера в категории Физика

Последние заданные вопросы в категории Физика

Задать вопрос