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[B]一様な磁場内の荷電粒子の運動
図4-82 https://imgur.com/a/l92XNuk
一様な磁場に垂直に入射した荷電粒子の運動(q>0の場合)
図4-82のように、磁束密度 B〔Wb/m^2〕の一様な磁場内へ、質量m〔kg〕、電気量q〔C〕(>0)の
荷電粒子が、磁場に垂直に速さv〔m/s〕で入射したときの粒子の運動を考える。
この荷電粒子にはローレンツ力f=q*v:B〔N〕がはたらく。この力fは常に速度に垂直に働き、粒子に仕事を
しないので、粒子の速さを変えずに向きだけを変える。粒子の速さvが一定に保垂れるから、ローレンツ力の
大きさも常に一定に保たれる。このため、ローレンツ力が向心力の役目をして、この粒子は等速円運動をする。
円運動の半径をr〔m〕とすると、円運動の運動方程式は
m*v^2/r=f=q*v*B
であるから、rは次のように表される。
r=(m*v)/(q*B)・・・・・・(4・96)
また、この等速円運動の周期T〔s〕は、次のようになる。
T=(2*π*r)/v=(2*π*m)/(q*B)・・・・・・(4・97)
(4・97式)から、等速円運動の回転周期は粒子の速さによらβないこと。また、【比電荷】(本書→p.407)
q/m〔C/kg〕が等しい粒子は同じ周期で円運動することがわかる。
荷電粒子の電気量が負(q<0)の場合も、ローレンツ力は粒子の速度および磁場と垂直であるから、粒子はや
はり等速円運動をする。円運動の半径、周期は電気量が正の場合と同じであるが、円運動の回転の向きは逆になる。