9. Ускорители заряжённых частиц.
Ускорителями заряжённых частиц называются устройства, в которых под действием электрических и магнитных полей создаются и управляются пучки высокоэнергетичных заряжённых частиц(электронов, протонов, мезонов и т. д.) Любой ускоритель характеризуется типом ускоряемых частиц, энергией, сообщаемой частицам, разбросам частиц по энергиям и интенсивностью пучка. Ускорители делятся на непрерывные (из них выходит равномерный по времени пучок) и импульсные (из них частицы вылетают порциями - импульсами), они характеризуются длительностью импульса. По форме траектории и механизму ускорения частиц ускорители делятся на линейные, циклические и индукционные. В линейных ускорителях траектории движения частиц близки к прямым линиям. В циклических и индукционных - траекториями частиц являются окружности и спирали. Некоторые типы ускорителей заряжённых частиц:
Линейный ускоритель. Ускорение частиц осуществляется электростатическим полем, создаваемым, например, высоковольтным генератором Ван-Де-Граафа.
Линейный резонансный ускоритель. Ускорение заряженных частиц осуществляется переменным электрическим полем сверхвысокой частоты, синхронно изменяющимися с движением частиц.
Циклотрон- циклический резонансный ускоритель тяжёлых частиц(протонов, ионов). Между полюсами сильного электромагнита помещается вакуумная камера, в которой находятся два электрода(1 и 2) в виде полых металлических полуцилиндров, или дуантов. К дуантам приложено переменное электрическое поле. Магнитное поле, создаваемое электромагнитом, однородно и перпендикулярно плоских дуантов. Если заряжённую частицу ввести в центр зазора между дуантами, то она, ускоряемая электрическим и отклоняемая магнитными полями, войдя в дуант 1, опишет полуокружность, радиус которой пропорционален скорости частицы . К моменту её выхода из дуанта 1 полярность напряжения изменяется, поэтому частица вновь ускоряется и, переходя в дуант 2, описывает там уже полуокружность большего радиуса.
Фазотрон- циклический резонансный ускоритель тяжёлых заряжённых частиц , в котором управляющее магнитное поле постоянно, а частота ускоряющего электрического поля медленно изменяется с периодом.
Синхротрон- циклический резонансный ускоритель ультрарелятивистских электронов, в котором управляющее магнитное поле изменяется во времени, а частота ускоряющего электрического поля постоянна.
Синхрофазотрон- циклический резонансный ускоритель тяжёлых заряжённых частиц, в котором объединяются свойства фазотрона и синхротрона, т. е. управляющее магнитное поле и частота ускоряющего электрического поля одновременно изменяются во времени так, чтобы радиус равновесной орбиты частиц оставался постоянным.
Бетатрон - циклический индукционный ускоритель электронов, в котором ускорение осуществляется вихревым электрическим полем., индуцируемым переменным магнитным полем, удерживающим электроны на круговой орбите.
10 Электромагнитная индукция — Это явление состоит в том, что в замкнутом проводящем контуре при изменении магнитного потока, пронизывающего поверхность, опирающуюся на этот контур, возникает электрический ток (индукционный ток).
Закон Фарадея
Фарадей
экспериментально установил, что при
изменении магнитного потока в проводящем
контуре возникает ЭДС индукции 
инд,
равная скорости изменения магнитного
потока через поверхность, ограниченную
контуром, взятой со знаком минус:
Знак
минус показывает что увеличение потока
(
)
вызывает
ЭДС
т.е поле
индукционного тока направлено навстречу
потоку; уменьшение потока (
)
вызывает
т.е.
направление потока и поля индукционного
тока совпадают
Правило Ленца - правило для определения направления индукционного тока: индукционный ток, возникающий при относительном движении проводящего контура и источника магнитного поля, всегда имеет такое направление, что его собственный магнитный поток компенсирует изменения внешнего магнитного потока, вызвавшего этот ток
11. Вращение рамки в магнитном поле.
Явление электромагнитной индукции используют для преобразования энергии поля в энергию тока. Соответствующие устройства называют генераторами тока.
Рассмотрим
принципы действия такого генератора
на примере рамки вращающейся в магнитном
поле.Е
сли
рамка вращается со скоростью ω , то угол
α между векторами
и
будет изменятся с течением времени:
Будет изменятся и магнитный поток через рамку
В рамке возникает ЭДС индукции, изменяющееся с течением времени по гармоническому закону:
=
Где:
Переменное напряжение занимают и вращающиеся витки. С помощью щеток процесс преобразования магнитной энергии в электрическую обратим. Если по рамке, помещенной в магнитное поле, пропускать электрический ток, то на рамку будет действовать вращающий момент, и рамка начнет вращаться. На этом принципе основана работа электродвигателей, предназначенных для преобразования электрической энергии в механическую.