Kontrolní otázky10 Flashcards
Na jaký nosič náboje působí silově vnější homogenní magnetické pole?
Na nosič, který se pohybuje a má nenulový elektrický náboj. Nesmí se také pohybovat ve směru vektoru magnetické indukce vnějšího pole. Výsledná magnetická síla je totiž dána jako vektorový součin vektoru okamžité rychlosti nosiče a magnetické indukce pole (vynásobený nábojem daného nosiče).
Když vlétne nabitý nosič do magnetického pole, tak se začne pohybovat po kruhové trajektorii. Je toto tvrzení pravdivé?
Obecně není. Nosič náboje se ve vnějším homogenním magnetickém poli pohybuje po kruhové trajektorii, jen pokud do něj vlétne kolmo k vektoru magnetické indukce daného pole. Pokud do pole vlétne podél vektoru magnetické indukce, tak jeho pohyb není ovlivněn magnetickou silou. V libovolné jiné situaci se začne pohybovat po šroubovici
Na pohybující se nosiče náboje působí vnější magnetické pole silou. Působí tedy magnetická síla i na vodič, kterým neprotéká proud, když se v něm neustále tepelně pohybují elektrony?
Jako celek na vodič vnější magnetické pole silou nepůsobí. Na jednotlivé nosiče sice magnetické pole silově působí, ale jejich pohyb je chaotický, takže výsledná magnetická síla je rovna nule. Aby na vodič působila magnetická síla, tak v něm musí volné elektrony vykonávat usměrněný (driftový) pohyb. Musí být tedy protékaný proudem.
Určuje směr toku elektrického proudu ve vodiči orientaci magnetické síly, kterou na vodič působí vnější magnetické pole?
Ano, směr toku elektrického proudu je totiž spojen se směrem vektoru okamžité rychlosti driftového pohybu nosičů.
Proč se elektrická smyčka protékaná proudem označuje jako magnetický dipól?
Chování smyčky protékané proudem ve vnějším magnetickém poli je totiž velmi podobné chování elektrického dipólu ve vnějším elektrickém poli. I na smyčku působí vnější magnetické pole prostřednictvím momentu sil, který se snaží smyčku stočit ve směru působení magnetického pole. Vztahy pro moment sil i potenciální energii smyčky ve vnějším poli mají obdobný tvar, jako tomu bylo u dipólu elektrického.
Jak ovlivní počet závitů cívky celkový moment síly, kterým na cívku působí vnější magnetické pole?
Dojde k zesílení daného momentu síly a to přesně tolikrát, kolik je počet závitů v cívce. Magnetické pole totiž působí na každý závit zvlášť, jednotlivé momenty mají stejný směr a výsledný moment je potom dán principem superpozice daných momentů.
Proč rychlostním filtrem projdou jen nosiče náboje o přesně definované rychlosti?
V prostoru rychlostního filtru na pohybující se nosič náboje proti sobě působí dvě síly. Magnetická a elektrická. Zatímco velikost magnetické síly je závislá na velikosti rychlosti nosiče, tak elektrická není. Změnou velikosti rychlosti se tedy dá docílit situace, kdy mají elektrická i magnetická síla stejnou velikost, tím se navzájem vyruší a nosič projde rychlostním filtrem neovlivněn. V opačném případě je jednou ze sil vychýlen mimo svůj původní směr pohybu a filtrem neprojde.
Proč u cyklotronu záleží na jeho velikosti? Respektive, čeho se dosáhne zvýšením jeho průměru?
Cyklotron slouží ke generaci nosičů o velmi vysoké rychlosti. Nosič je v něm urychlován pomocí elektrického pole. Jeho pohyb je zakřivován polem magnetickým, ve kterém se pohybuje kolmo ke směru magnetické indukce. Poloměr jeho kruhové trajektorie je lineárně závislý na jeho rychlosti. Čím větší je tedy poloměr cyklotronu, tím rychlejší nosiče může generovat, protože se ‘‘do něj vejdou‘‘ nosiče o větším poloměru kruhové trajektorie.
Proč se dá Hallův jev použít k měření síly vnějšího magnetického pole (velikosti magnetické indukce) nebo k měření koncentrace volných nosičů v určité látce?
Jako Hallův jev označujeme generaci elektrického napětí (Hallova napětí) v látce, kterou prochází elektrický proud a je současně umístěna v magnetickém poli kolmém na směr toku elektrického proudu. Tento jev vzniká vychylováním pohybu nosičů náboje z přímé trajektorie působením magnetické síly. Hodnota tohoto napětí je, mimo jiné, závislá na velikosti magnetické indukce vnějšího pole a na koncentraci volných nosičů náboje v látce. Ze znalosti jedné z těchto veličin, hodnoty Hallova napětí a prostorových parametrů dané látky je možno dopočítat tu druhou. Zařízení pro měření vnějšího magnetického pole založené na Hallově jevu se nazývá Hallovská sonda.
Co je to hmotnostní spektrometr a jak funguje?
Hmotnostní spektrometr je zařízení sloužící k elementární analýze vzorku na základě určení hmotnosti jeho atomů. Vzorek musí být nějakým způsobem ionizován a ionty pak procházejí rychlostním filtrem, pomocí kterého určíme jejich rychlost. Ze změřeného poloměru trajektorie iontů při vlétnutí známou rychlostí do kolmého magnetického pole o známé velikosti magnetické indukce pak určíme hmotnost analyzovaných iontů. K přesnému určení hmotnosti detekované částice je nutno znát i náboj analyzovaných iontů.
