Академик А. Ф. Иоффе в 1911 г. обнаружил магнитное поле, возникающее вокруг пучка электронов (катодных лучей). Какого вида и направления получается магнитное поле вокруг прямого катодного пучка? Ответ поясните чертежом.

Для объяснения магнитного поля, возникающего вокруг прямого катодного пучка (потока электронов), потребуется рассмотреть несколько ключевых физических понятий и законов, которые применимы в данной ситуации.

Поток заряженных частиц и возникновение магнитного поля

1. Движущиеся заряды создают магнитное поле: Согласно основным законам электродинамики, любой движущийся электрический заряд создаёт вокруг себя магнитное поле. В данном случае катодный луч представляет собой поток электронов, которые движутся в одном направлении. Это означает, что вокруг пучка электронов возникает магнитное поле.

2. Направление магнитного поля: Направление магнитного поля вокруг проводника (или потока заряженных частиц) определяется правилом правой руки. Это правило гласит: если обхватить проводник правой рукой так, чтобы большой палец указывал в направлении движения положительных зарядов (или, что то же самое, противоположно движению электронов), то согнутые пальцы покажут направление линий магнитного поля.

3. Применение правила правой руки к катодному пучку: Катодные лучи состоят из электронов, которые имеют отрицательный заряд. Электроны движутся в направлении, противоположном направлению условного тока (положительных зарядов). Поэтому для применения правила правой руки нужно учитывать это противоположное направление. То есть большой палец вашей правой руки должен быть направлен противоположно движению катодного луча (электронов), а согнутые пальцы покажут направление магнитного поля.

Вид магнитного поля

1. Круговые линии магнитного поля: Линии магнитного поля вокруг прямолинейного потока заряженных частиц (например, катодного луча) имеют форму концентрических окружностей. Эти окружности лежат в плоскостях, перпендикулярных направлению движения электронов. Чем дальше от оси катодного луча, тем слабее магнитное поле.

2. Симметрия поля: Магнитное поле вокруг прямого катодного пучка будет симметричным относительно оси пучка. Это объясняется тем, что поток электронов равномерный и прямолинейный.

Сила магнитного поля

1. Закон Био−Савара: Для точного вычисления магнитного поля в любой точке пространства можно использовать закон Био−Савара. Согласно этому закону, магнитное поле $ \mathbf{B} $, создаваемое движущимися зарядами, зависит от их скорости, величины заряда и расстояния до точки наблюдения. Направление магнитного поля определяется векторным произведением скорости заряда на радиус−вектор от заряда до точки наблюдения.

2. Пропорциональная зависимость: Магнитное поле вокруг пучка электронов пропорционально плотности заряженных частиц и их скорости, а также обратно пропорционально расстоянию до оси пучка.

Чертёж для пояснения

На чертеже можно изобразить:

• Прямую линию, представляющую собой катодный пучок (поток электронов), направленный, например, вниз (вдоль оси $ z $).
• Вокруг этой линии нарисуйте концентрические окружности, которые представляют собой линии магнитного поля.
• Используйте стрелки на окружностях, чтобы показать направление магнитного поля, учитывая правило правой руки.

Пример: если поток электронов движется вниз, то линии магнитного поля вокруг пучка будут направлены по часовой стрелке, если смотреть сверху.

Итак, магнитное поле вокруг катодного пучка имеет вид концентрических окружностей, направление которых определяется правилом правой руки.