E-učionica za učenje fizike

Arhiva za kategoriju ‘Kretanje naelektrisanih čestica u polju’

Naelektrisane čestice u magnetnom polju

Kretanje naelektrisane č-ce u homogenom magnetnom polju

Kada naelektrisane č-ca uđe u homogeno magnetno polje normalno na linije magnetne indukcije kreće se po kružnoj putanji poluprečnika r=mV/qB, zbog delovanja Lorencove sile L=qVB. Vreme za koje č-ca u magnetnom polju obiđe tu kružnu putanju zavisi samo od vrednosti naelektrisanja q, mase m i intenziteta magnetne indukcije B. U homogenom magnetnom polju (B=const) vrednosti naelektrisanja q i mase m mogu se smatrati „ličnom kartom č-ce“. Na ovoj činjenici zasniva se rad uređaja za ubrzavanje č-ca i za dobijanje č-ca velikih kinetičkih energija – AKCELERATORA. Sudarači čestica se zovu kolajderi (kao što je na primer kolajder u institutu CERN).

Ciklotron.
Slika: http://www.home-edu.ru

1931. CIKLOTRON – Američki fizičar Lorenc konstruisao je akcelerator za dobijanje protona i atomskih jezgara vrlo velikih brzina. Za taj pronalazak je dobio Nobelovu nagradu za fiziku. Princip rada uređaja: glavni delovi uređaja su elektromagnet čije je polje homogeno i dve magnetne komore – duanti (na slici su obeleženi brojem 3). Duanti su priključeni na izvor naizmeničnog napona visoke frekvencije (broj 4 na slici). Usled toga postoji električno polje između duanata i ono ubrzava naelektrisane č-ce. U unutrašnjosti duanata postoji samo homogeno magnetno polje. Joni se stvaraju u središtu uređaja (na slici obeleženo brojem 1). Tako stvoreni joni imaju malu brzinu V normalnu na linije magnetne indukcije B kada uđu u jedan od duanata. Pod dejstvom Lorencove sile svaki jon će opisati polukružnu putanju poluprečnika: r=mv/qB. Za to mu je potrebno vreme T/2= πm/qB . Svaki put kada jon izađe iz duanta u električno polje na njega će da deluje električna sila koja ga ubrzava i kinetička energija mu se povećava za qU , gde je U razlika potencijala između duanata. Taj proces se ponavlja nekoliko puta što povećava poluprečnik putanje jona dok on ne postane dovljno veliki da se izbaci iz ciklotrona (na slici linija označena brojem 2 pokazuje putanju jona).

1941. BETATRON – Američki fizičar Kerst konstruisao je betatron za ubrzavanje elektrona. U betatronu se koristi pojava elektromagnetne indukcije. Glavni delovi su: elektromagnet i staklena komora oblika đevreka koja se nalazi između polova elektromagneta. U komori je vakuum. Elektroni se iz posebnog izvora ubacuju u komoru koja prolazi kroz središte komore. Jako magnetno polje održava elektrone na kružnoj putanji. Magnetno polje nije konstantno i menja se promenom struje u elektromagnetu. Zbog toga se povećava magnetni fluks kroz površinu kruga omeđanog putanjom elektrona, što dovodi do indukovanja vrtložnog elektromagnetnog polja koje ubrzava elektron. Elektron ostaje na istoj putanji i kada dostigne dovoljno veliku energiju, skreće se sa putanje i izbacuje iz betatrona. Pri tome elektroni pređu istu kružnu putanju nekoliko stotina hiljada puta.

1994 – 2008 AKCELERATOR, CERN – 14 godina trajala je izgradnja LHC – Large Hadron Collider-a (česticnog akceleratora i komore za sudaranje) i ATLASA – najsavrsenijeg detektora subatomskih cestica. Vise od 10 000 naučnika i vise od 6 milijardi dolara, posle 14 godina izgradili su infrastrukturu za najsloženiji i najveci fizički eksperiment u istoriji naše civilizacije (75 hidrauličnih konektora za magnet detektora proizvedeno je 2002 u Kragujevcu u firmi Zastava alati i transportovano u Cern 2003).

Cern. Tunel dužine 27 km.
Slika: http://www.cern.ch

Tunel dužine 27 km, na 100 m ispod površine zemlje, sa supermagnetima magnetnog polja 100 000 puta jačim od magnetnog polja Zemlje (unutrašnjost tunela se održava na -271C). Cilj eksperimenta je dobiti odgovor na pitanje: Šta materiji daje masu – tj. da li postoji Higzov bozon? (takođe proučavanje antimaterije i crne materije).

2013  otkriće „Higzovog bozona“ i Nobelova nagrada za fiziku – Zahvaljujući sudaranju ubrzanih  č-ca otkriven je „Higzov bozon“ – takozvana Božja č-ca u eksperimentu veka koji je potvrdio teoriju i doneo nobelovu nagradu za fiziku (1,2 miliona dolara) belgijanacu Fransoa Engler-u i britanacu Piter Higs-u za rad o poreklu mase subatomskih č-ca. Oni su nagrađeni zbog „teorijskog otkrića mehanizma koji doprinosi našem shvatanju porekla mase subatomskih čestica“. Nagrađena teorija je centralni deo standardnog modela fizičkih čestica kojim se opisuje konstrukcija sveta.

Otkrivanje Higzovog bozona.
Slika: www. cern.ch

2014.DALJI PLANOVI: NOVI PODZEMNI SUDARAČ ČESTICA 4 PUTA VEĆI – Budući planovi CERN-a su vezani su za izgradnju novog podzemnog sudarača subatomskih čestica koji bi bio četiri puta veći od postojećeg sa ciljem da se postignu energije osam puta veće od energija koje se trenutno postižu. Podzemni tunel bi bio dug 100 kilometara. Eksperti će razmatrati i koji tip čestica će se sudarati u njemu. Novi kolajder bi mogao da bude operativan do 2035 kada bi postojeći „otišao“ u penziju.

Advertisements

Oblak oznaka

%d bloggers like this: