Пиши Дома Нужные Работы

Обратная связь

Принцип действия ускорителя заряженных частиц.

Рассмотрим в качестве примера ускорителя циклотрон. Циклотрон состоит из двух электродов в виде половинок круговой коробки, которые называются дуантами. На дуанты подается переменное напряжение. Поскольку дуанты металлические, пространство внутри дуантов эквипотенциальное, внутри только магнитное поле электромагнитов, между полюсами которых и помещены дуанты (поле перпендикулярно к дуантам).

Частица 1, введенная в зазор между дуантами, будет подхвачена электрическим полем и втянута внутрь одного из дуантов. Далее частица будет двигаться по окружности, радиус которой пропорционален скорости частицы. Частота изменения напряжения подбирается так, чтобы к моменту, когда частица, пройдет половину окружности, подойдет к зазору между дуантами, напряжение на дуантах меняет знак и достигает амплитудного значения. Частица снова ускоряется и влетает во второй дуант с энергией, большей, чем в первом. С большей скоростью частица будет двигаться по окружности с большим радиусом , но т.к. период постоянен, время, за которое частица пройдет половину окружности, остается прежним.
1
Дуанты
~

 

К моменту, когда частица влетит в зазор между дуантами, напряжение снова изменит знак и примет амплитудное значение. Частица движется по кривой, близкой к спирали, получая при каждом прохождении через зазор дополнительную порцию энергии.

На последнем витке пучок быстрых заряженных частиц выводится наружу, бомбардируя частицы мишени.

 

10. Опыт Фарадея (англ. ученый 1791-1867).

На большую деревянную катушку Фарадей навил две электрические спирали, изолированные друг от друга (рис. 25.1). По одной из спиралей пропускался ток, который Фарадей резко включал и выключал, а другая была соединена с гальванометром. При замыкании и размыкании ключа К цепи гальванометр G показывал наличие электрического тока. При непрерывном прохождении тока через одну из спиралей в другой спирали тока не было. Обнаруженное Фарадеем явление получило название электромагнитной индукции, а токиндукционным.
Рис. 25.1

Магнитный поток (поток магнитной индукции).



Магнитный поток вектора магнитной индукции через элементарную площадку (рис.25.2) определяется скалярным произведением векторов и . Единица измерения магнитного потока в системе СИ .

ЭДС индукции. Вывод основного закона электромагнитной индукции.

Найдем связь между ЭДС индукции и скоростью изменения магнитного потока.

Поместим его в однородное магнитное поле, перпендикулярное к плоскости контура и направленное за чертеж . Приведем перемычку в движение со скоростью . С той же скоростью станут перемещаться относительно поля и носители тока в перемычке – электроны. На каждый электрон начнет действовать направленная вдоль перемычки магнитная сила (магнитная составляющая силы Лоренца). (заряд электрона ).
Рис. 25.3

Действие этой силы эквивалентно действию на электрон электрического поля напряженностью:

.

По определению ЭДС ,

( лишь на участке 1-2).

Рис. 25.4
Направление обхода выбираем по часовой стрелке, чтобы направление обхода, соответственно вектор элемента контура и нормаль к контуру образовывали правовинтовую систему. Вынесем за знак интеграла (интегрирование ведется по длине перемычки) и проведем интегрирование:

,

.

ЭДС индукции в контуре равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего этот контур, взятой с обратным знаком.

Правило Ленца.

Индукционный ток всегда направлен ток, чтобы противодействовать изменению магнитного потока, вызвавшего этот ток.

Так как перемычка двигается так, что площадь контура, ограниченного проводником и перемычкой, увеличивается, соответственно магнитный поток увеличивается, то индукционное поле направлено для ослабления изменения магнитного потока в сторону, противоположную направлению внешнего поля . Индукционный ток в соответствии с правилом буравчика направлен против хода часовой стрелки.

11. Энергия магнитного поля.

Рассмотрим схему на рис. 25.12. При замкнутом ключе в соленоиде установится ток , который обусловит магнитное поле, сцепленное с витками соленоида. Если разомкнуть ключ, то через сопротивление будет течь постепенно убывающий ток, поддерживаемый возникающей в соленоиде ЭДС самоиндукции. Работа, совершаемая этим током за счет энергии магнитного поля за время :
Рис. 25.12

,

Подставляя значение индуктивности соленоида и учитывая, что :

.

Учитывая все, получим: . Поскольку работа совершается за счет энергии магнитного поля катушки, то , отсюда объемная плотность энергии магнитного поля:

 

Физика

4 раздел. Колебания и волны

1. Колебания – движение или процессы, обладающие той или иной степенью повторности во времени.

Гармонические (или синусоидальные) колебания – разновидность периодических колебаний, которые могут быть заменены в виде

(1)

где a – амплитуда, - фаза, - начальная фаза, - циклическая частота, t – время (т.е. применяются со временем по закону синуса или косинуса).

Амплитуда (а) – наибольшее отклонение от среднего значения величины, совершающей колебания.

Фаза колебаний ( ) – изменяющийся аргумент функции, описывающей колебательный процесс (величина t+ , стоящая под знаком синуса в выражении (1) ).

Фаза характеризует значение изменяющейся величины в данный момент времени. Значение в момент времени t=0 называется начальной фазой ( ).

 

Свободные колебания. Свободными или собственными называются такие колебания, которые происходят в системе, выведенной из положения равновесия и предоставленной самой себе.

(2)

 

 

(линейное – т.е. и сама величина х, и ее производная в первой степени; однородное – т.к. нет свободного члена, не содержащего х ; второго порядка – т.к. вторая производная х).

Если величины, описывающие колебания некоторой системы периодически изменяются со временем, то для такой системы пользуются термином «осциллятор».

Линейным гармоническим осциллятором называется такой, движение которого описывается линейным уравнением .

2.

Вынужденные механические колебания. Свободные колебания реальной колебательной системы являются затухающими. Чтобы колебания были незатухающими, необходимо компенсировать потери энергии, обусловленные силами сопротивления. Это можно сделать, воздействуя на систему (рис.27.3) внешней силой, изменяющейся по гармоническому закону где - частота вынуждающей силы. Уравнение движения запишется с учетом всех сил ( ) запишется в виде

 

 

Уравнение является неоднородным. Общее решение неоднородного уравнения равно сумме общего решения соответствующего однородного уравнения и частного решения неоднородного уравнения

Функция (14) описывает установившиеся вынужденные гармонические колебания с частотой, равной частоте вынужденной силы.

(14)

 

 

Амплитуда вынужденных колебаний пропорциональна амплитуде вынуждающей силы. Для данной колебательной системы (определенных и ) амплитуда зависит от частоты вынуждающей силы. Вынужденные колебания отстают по фазе от вынуждающей силы, причем величина отставания также зависит от частоты вынуждающей силы.

Механический резонанс. Зависимость амплитуды вынужденных колебаний от частоты вынуждающей силы приводит к тому, что при некоторой определенной для данной системы частоте амплитуда колебаний достигает максимального значения. Это явление называется резонансом, а соответствующая частота – резонансной частотой.

 

резонансная частота

 

 

График зависимости амплитуды вынужденных колебаний от частоты изменения вынуждающей силы в соответствии с выражением (15) представлен на рис.27.13. При →0 все кривые приходят к одному и тому же значению , . При , . Чем меньше , тем острее максимум.

 
Рис.27.13
Происхождение резонансного усиления колебаний можно уяснить себе, обратив внимание на соотношение между фазами вынуждающей силы и скорости. Если , то между вынуждающей силой и скоростью существует определенная разность фаз, поэтому в течение некоторой доли каждого периода сила направлена противоположно , т.е. стремится замедлить движение. При резонансе же фазы силы и скорости совпадают, так что сила «подталкиевает» движение.  

 


3. Механизм образования механических волн в упругой среде.

Если в каком-либо месте упругой среды (твердой, жидкой или газообразной) возбудить колебания ее частиц, то вследствие взаимодействия между частицами это колебание будет распространяться в среде от частицы к частице с некоторой скоростью. Процесс распространения колебаний в пространстве называется волной. Геометрическое место точек, до которых доходят колебания к моменту времени t называется фронтом волны (волновым фронтом). В зависимости от формы фронта волна может быть сферической, плоской и др.

Волна называется продольной, если направление смещения частиц среды совпадает с направлением распространения волны.Продольная волна распространяется в твердых, жидких и газообразных средах. Волна называется поперечной, если смещение частиц среды перпендикулярно направлению распространения волны. Поперечная механическая волна распространяется только в твердых телах (в средах обладающих сопротивлением сдвигу, поэтому в жидкостях и газах такая волна распространиться не может).






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2017 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.