50 Лет спустя Милликен в своем знаменитом эксперименте измерил величину элементарного заряда

.

Таким образом, на основание полученных результатов с этих экспериментов, можно было вычислить массу электрона, которая оказалась равна

.

Однородные магнитные поля используются во многих приборах и, в частности, в масс-спектрометрах – устройствах, с помощью которых можно измерять массы заряженных частиц – ионов или ядер различных атомов. Масс-спектрометры используются для разделения изотопов, то есть ядер атомов с одинаковым зарядом, но разными массами. Ионы, вылетающие из источника, проходят через несколько небольших отверстий, формирующих узкий пучок. Затем они попадают в селектор скоростей.

Далее частицы с одним и тем же значением скорости попадают в камеру масс-спектрометра, в которой создано однородное магнитное поле . Частицы движутся в камере в плоскости, перпендикулярной магнитному полю, под действием силы Лоренца. Траектории частиц представляют собой окружности радиусов . Измеряя радиусы траекторий при известных значениях υ и B' можно определить отношение . В случае изотопов (q₁ = q₂) масс-спектрометр позволяет разделить частицы с разными массами.

Современные масс-спектрометры позволяют измерять массы заряженных частиц с точностью выше 10^–4.

Лекция 8.

Магнитное поле в веществе.

Если в магнитное поле, образованное токами в проводах, ввести то или иное вещество, поле изменится. Это объясняется тем, что всякое вещество является магнетиком, т. е. способно под действием магнитного поля намагничиваться — приобретать магнитный момент.

Для объяснения намагничивания тел Ампер предложил, что в молекулах веществ циркулируют круговые токи. Токи, связанные с каждой молекулой называют молекулярными токами. Каждый такой ток обладает магнитным моментом и создает в окружающем пространстве магнитное поле. Таким образом, молекулу вещества можно представить в виде элементарного контура с током, характеризующегося некоторым магнитным моментом

, (8.1)

где - элементарные молекулярный ток, - площадь, ограниченная контуром и - нормаль к контору, направление которой связано с направлением тока в контуре правилом правого винта.

Если внешнее магнитное поле отсутствует, то молекулярные токи магнетика ориентированы беспорядочно, поэтому суммарный магнитный момент вещества равен нулю.

Если же магнетик находится под действием внешнего магнитного поля , то магнитные моменты молекул приобретают преимущественную ориентацию в одном направлении, вследствие чего магнетик намагничивается - его суммарный магнитный момент становится отличным от нуля и при этом возникает поле . Таким образом, результирующее поле будет:

Здесь под и имеются в виду поля, усредненные по физически бесконечно малому объему.

В результате намагничивания вещества некоторые молекулярные токи остаются нескомпенсированными, вследствие чего появляются макроскопические токи , называемые токами намагничивания

Обычные токи, текущие по проводникам, связаны с перемещением в веществе носителей тока, их называют токами проводимости I.

Степень намагничения магнетика характеризуют магнитным моментом единицы объема. Эту величину называют намагниченностью и обозначают . По определению

,

где — физически бесконечно малый объем в окрестности данной точки, — магнитный момент отдельной молекулы. Суммирование проводится по всем молекулам в объеме .

Оказывается, что для стационарного случая циркуляция намагниченности J по произвольному контуру Г равна алгебраической сумме токов намагничивания , охватываемых контуром Г:

, (8.2)

где, причем интегрирование проводится по произвольной поверхности, натянутой на контур Г.