首页 » 智能科技 » 在电磁场中带电粒子的速度为何不能无限的增大年夜呢?

在电磁场中带电粒子的速度为何不能无限的增大年夜呢?

中建深圳装饰通讯 2025-01-23 0

扫一扫用手机浏览

文章目录 [+]

就拿加速电子举例,电子离开本体后,在电场的浸染下,它的运动方向会发生偏转,运动的速率也会成倍的增加。
然而,在物理研究非常生动的19世纪,当时人类制造的电压远没有那么高,要想将电子的速率加到一个空想值,就必须将电压管道进行串联,以此让电子多次的在电场中加速,从而提高电子的动能。

可事实却是,如果用这种方法给电子加到一个空想的速率则须要很长的管道,这种方法很显然是不现实的。
因此,有人想到了一个办法,那便是在有限的资源空间上,让电子在里面不断的被加速,从而得到高能的电子束。
于是,一位物理学家劳伦斯就制成了回旋加速器。

在电磁场中带电粒子的速度为何不能无限的增大年夜呢? 在电磁场中带电粒子的速度为何不能无限的增大年夜呢? 智能科技

回旋加速器看似高大上,实在制造它不是那么繁芜。
回旋加速器的构造中包含两个D字形的磁场,在两个D字形的磁场中间加有一个高压电场(当然,这个高压电场是不能击穿中间介质的)。
这个电场还必须是互换电,由于电子进出两个D字形的方向不同,导致它进出电场中的受力方向必须不同,这样才能使电子不断的被加速。

在电磁场中带电粒子的速度为何不能无限的增大年夜呢? 在电磁场中带电粒子的速度为何不能无限的增大年夜呢? 智能科技
(图片来自网络侵删)

电子首先以V1的初速率进入磁场中后,电子就会受到磁场对它的洛伦磁力(F=BVq)的浸染,使电子在磁场中做匀速圆周运动,当电子运动到D字形磁场的边沿处时,然后此时在两个D字形的磁场中间加上一个电场,电子就会被加速到V2。

由MV²/R=BVq可知,电子在磁场中做圆周运动的半径R=MV/Bq。
也便是说,电子在磁场中做圆周运动的半径跟它进入磁场时的初速率有关。
当电子反复进入电场中后,电子的速率就会被一贯加速,电子在磁场中的运动轨迹也就不会涌现重合的征象了。

那么,问题来了,怎么确定加速电场何时加速电子呢?这个问题还得从电子在磁场中做圆周运动的周期来提及了。

在运动学中,物体做周期运动的周期T=2πR/V,现在,我们将R=MV/Bq带入到上式中,就可以得出周期T=2πM/Bq了。
由此式可知,电子在磁场中的运动周期跟电子的进入磁场中的速率无关,而跟磁场的磁感应强度B和电子的电荷量q有关。

电子的质量目前是已知的,电子的电荷量也是已知的,磁感应强度也是已知,当然,电子在这个磁场中的周期T就可以被打算出来了。
也便是说,每个周期T的韶光给回旋加速器加入一个电场,就能将电子进行奥妙的结合。
按照这个理论,电子在回旋加速器中的速率不是可以无限的加速吗?

然而,事实并非如此。
根据爱因斯坦的质能方程E=MC²可知,当电子的速率靠近光速时,电子的质量就会逐渐的增大,一旦电子的质量增大后,周期(T=2πM/Bq)就会相应增大,从而使电场的给入韶光发生了变革。

而且,电子质量的增大的幅度不易测算,直接导致了周期T的不易打算,这就为电场的给入韶光带来了巨大的困难。
故而,回旋加速器是不可能将电子的速率无限增大的。

标签:

相关文章