2. . Масс- спектрометрия

Масс- спектрометрия – метод разделения атомов или групп атомов в зависимости от значения их удельного заряда q/m. Работа масс- спектрометра основана по формуле

. В однородном магнитном поле ионы с различными q/m движутся по окружностям различных радиусов R. В зависимости от значения q/m ионы попадают на разные места фотопластинки и оставляют след в виде узкой полоски - спектральной линии. По положению линии находят величину q/m ( рис.15 )

Рис. 15. Блок – схема масс - спектрометра

Чтобы скорость у всех ионов, влетающих в магнитное поле, была одинаковой, перед этим ионы пропускают через селектор (рис. 16)

Рис.16. Селектор скоростей

Селектор скоростей представляет собой узкий конденсатор, который помещен в магнитное поле В_с. Электрическое поле Е_с внутри конденсатора перпендикулярно магнитному полю В_с. Поля Е_с и В_с направлены так, чтобы отклонять ионы в разных направлениях. Через селектор пролетают только такие ионы, для которых

Остальные ионы отклоняются и попадают на обкладки конденсатора.

Неотклоненными остаются ионы со скоростью независимо от их заряда и массы. Помимо фотопластинки пучки ионов можно регистрировать электрически. Вид масс – спектра ацетилена С₂Н₄ показан на рис.17.

Метод масс- спектрометрии был впервые применен Дж. Дж. Томсоном (1913). Сейчас это универсальный метод, который широко применяется в физике, химии, биологии, геологии и технике для точного определения масс атомов и молекул, энергии диссоциации и ионизации, разделения и анализа изотопов, идентификации веществ, анализа многокомплектных смесей.

Задание: Чем отличаются движения частиц?

Контрольные вопросы:

1. Какова траектория движения заряда в циклическом ускорителе? На каких участках происходит возрастание скорости заряда?

2. Почему в циклических ускорителях необходимо изменять период электрического поля Т_эл или индукцию В при больших скоростях частиц?

3. Как работает селектор скоростей ионов в масс- спектрографе?

4.Закон Ампера

4.1 Вывод закона Ампера

Зная силу Лоренца, действующую на один движущийся заряд в магнитном поле, можно рассчитать и силу, действующую на проводник с током в магнитном поле. Для этого просуммируем все силы, действующие на заряды, движущиеся в проводнике

Будем считать скорости всех зарядов одинаковыми, тогда

Рис.18 Проводник с током в магнитном поле

Сумма всех зарядов В проводнике выражается через объем проводника Ω=Sl и объемную концентрацию зарядов n

Ne = ∑qi= S l n e

Сила, действующая на проводник с током, равна

F_A = neSυlB sin α = IlB sin α

(напомним, что сила тока I = neSυ )

Итак, сила Ампера

F_А = IlB sin α

Где I – величина тока в проводнике,

l – длина проводника,

В – индукция поля, в которое внесен проводник,

 - угол между вектором и проводником с током.

Направление силы Ампера определяется также по правилу левой руки. Силу Ампера, также как и силу Лоренца, можно записать через векторное произведение.

Уже было отмечено, что вектор является основной силовой характеристикой магнитного поля. Численное значение вектора магнитной индукции определяется из закона Ампера т.е. магнитная индукция В численно равна силе, действующей со стороны поля на единицу длины проводника, по которому течет электрический ток единичной силы и который расположен перпендикулярно силовым линиям магнитного поля (тогда sin α = 1).

1 Тесла (1 Тл)- индукция такого однородного магнитного поля, которое действует с силой в 1 Ньютон на каждый метр длины прямолинейного проводника, расположенного перпендикулярно к направлению поля, если по этому проводнику проходит ток в 1 Ампер:

Задание: Что будет с рамкой с током в поле прямого проводника?

4.2 Взаимодействие параллельных проводников с током.

Рассмотрим два параллельных бесконечно длинных проводника с током на расстоянии r друг от друга (рис. 19)

Рис.19 Прямолинейные проводники с током

Вокруг первого проводника создается магнитное поле

Это магнитное поле действует на единицу длины второго проводника с силой Ампера

(13)

Направление этой силы находится по правилу левой руки. Но второй проводник также создает магнитное поле

Это магнитное поле действует на единицу длины первого проводника с силой Ампера . Силы, действующие между параллельными проводниками с током, пропорциональны расстоянию между проводниками. Из формулы (13) легко получить размерность ₀ -магнитной постоянной

Формула (13) служит также для определения силы тока в 1А - это ток, который проходя по двум параллельным проводникам, находящимся на расстоянии r = 1 м, вызывает силу взаимодействия 2^.10^-7 Н на каждый метр провода.