Как электроны смещаются в магнитном поле?
Если мы запустим электрон в магнитное поле, то он будет описывать окружность.
Представили, тут всё ясно! (Сила Лоренца)
А теперь ситуация другая, мы взяли металлическую палочку 10 сантиметров и ведём её пересекая магнитные линии.
Тока, конечно, в палочке не будет, а вот разность потенциалов на концах палочки возникнет. Электроны сместятся к одному концу. (В учебниках ссылаются опять же на силу Лоренца)
Но как они могут сместиться, если электрон описывает окружность при движении в магнитном поле, ведь окружность симметрична???
То есть электроны должны смещаться и возвращаться обратно по маленьким окружностям внутри нашей палочки.
Вот мой 1 вариант рассуждения (извините, если заблудился в сути)...
Если мы электрон просто запустим в магнитное поле, то да, он будет описывать просто окружность, так как на него действует только одна сила Лоренца.
А если мы рассматриваем ситуацию с металлической палочкой, то тут выходит что должно быть как бы "две" силы Лоренца.
Одна сила Лоренца проявляется в том, что электрон от этого движения вынужден описывать окружность.
А вторая всегда тянет электрон в сторону, ведь палочка имеет направленную скорость в пересекаемом магнитном поле.
То есть с одной стороны электрон тянет постоянно например в право, и одновременно он закручивается по окружности.
Вывод: исходя из этого траектория электрона можно даже сказать так, что будет скорее овальной, и как следствие он будет двигаться по спирали к концу палочки.
Либо вариант рассуждения 2 такой:
Радиус окружности описываемый электроном двидущимся в магнитном поле является много большим, чем размер перемещаемой палочки, и электроны просто сдвигаются, то есть они не могут из-за меньшего размера палочки описать окружность. То есть маленьких окружностей внутри палочки просто физически не будет... И траектория электрона не будет спиралевидной...
То есть во втором рассуждении суть именно в том, электрон в магнитном поле пересекая магнитное поле не будет описывать маленьких окружностей внутри палочки, а окружность будет большой (больше палочки), поэтому электроны из-за этого сдвигаются не по спирали даже, а чуть с изгибом, но прямолинейно.
В общем, не знаю как осмыслить это физически и так, чтобы это было максимально действительно и правильно как происходит физически.
Как будет вернее физически это всё??? Именно наглядно физически???
Заранее Всем спасибо!!!
#19227 kodmandr :Если мы запустим электрон в магнитное поле, то он будет описывать окружность.
Представили, тут всё ясно! (Сила Лоренца)
А теперь ситуация другая, мы взяли металлическую палочку 10 сантиметров и ведём её пересекая магнитные линии.
Тока, конечно, в палочке не будет, а вот разность потенциалов на концах палочки возникнет. Электроны сместятся к одному концу. (В учебниках ссылаются опять же на силу Лоренца) Но как они могут сместиться, если электрон описывает окружность при движении в магнитном поле, ведь окружность симметрична???
Не успеет часть электронов описать окружность внутри проводника. И те кто не успели, сконцентрируются. В кристаллической решётке " тесно" электронам, там есть и узлы решётки и их свободные собратья.... Аналогия : Попробуйте в толпе людей побегать по окружности...
Спасибо Вам большое!!!
Теперь наглядно всё понятно стало!
Добавлено спустя 8 часа(ов) 3 минут
Можно уточнение небольшое спросить.
А не будет ли радиус электрона, пытающегося двигаться по окружности внутри палочки (10 см) при движени в магнитном поле больше, чем длина палочки?
И электроны просто сдвигаются в сторону от того, что электроны пытаются описать большую окружность, но не могут из-за меньшей длины палочки. Поэтому, они просто сдвигаются в сторону как бы по траектории полукруга.
Или глупости написал сейсас... И это не верное рассуждение.
Поправьте пожалуйста.
отредактировал(а) kodmandr: 2014-07-13 06:44 GMT
Параметры движения можно посчитать. Радиус окружности R:
\( \frac {mv^2} {R} = qvB\) если \( \vec B\) перпендикулярен \( \vec v\)
Скорость электрона, без учёта теплового движения:
\( \frac {mv^2} {2} = qU\)
Но учтите, что эта скорость в инерциальной системе координат т.е. "внутри палочки". А скорость самой палочки повлияет на разность потенциалов U.
Если рассматривать движение электрона относительно системы отсчёта, то траектория более сложная - спираль с постоянным шагом, если палочка движется с постоянной скоростью.
Если верно понял теперь, то тогда получается,
что электрон (электроны) внутри палочки будут двигаться по спирали с шагом в сторону, смещаясь к концу.
Почему с шагом, так как свободный электрон слетевший с орбитали переходит на орбиталь другого атома.
А прежнее место подпирается сзади идущим.
И выходит, что весь этот процесс не синхронизирован, то есть по времени получается так, что из-за несинхронного подпирания (кто-то двигается из электронов быстрее, кто-то медленнее), электроны слетая с орбитали каждый следующий раз не могут описать правильную окружность возвратившись на преднее место.
А так-как обратно места нет, то электрон не имея электрического потенциала вернуться обратно по окружности. Толкается в сторону, так получается что электрон двигается с шагом в сторону. (Вроде так же физически это будет происходить?)
И в среднем получается, что электроны концентрируются на одном из концов нашей палочки при движении её в магнитном поле.
Теперь рассуждения и наглядное понимание процесса верные? Или снова заблудился...
Просто наглядно представить суть почему-то даётся сложнее.
В инерциальной системе координат действие силы Лоренца эквивалентно действию электрической силы, обусловленной полем напряжённостью:\( E = vB\). Сила направленна вдоль проводника. ( И.В. Савельев т.№2, стр. 193, 1970). Синхронизация здесь не получится, т.к. носители зарядов имеют не одинаковую скорость.
Не запутывайте себя рассмотрением траекторий движения электрона в разных системах координат. Вернитесь к инерциальной, т..е. внутри палочки. Закон Фарадея - Ленца.
отредактировал(а) Count_May: 2014-07-13 16:32 GMT