ID: 00015376
В постоянном магнитном поле с индукцией B_0 заряженная частица движется по окружности радиусом R_0. Когда индукцию магнитного поля стали медленно увеличивать, обнаружилось, что скорость частицы изменяется так, что её кинетическая энергия прямо пропорциональна индукции поля. Чему будет равен радиус орбиты в магнитном поле с индукцией B?
Источник: ФИПИ
Частица движется по кругу под действием силы Лоренца. Радиус круга зависит и от скорости, и от поля. Скорость нам напрямую не дали, зато дали связь: кинетическая энергия пропорциональна индукции. Через энергию вытащим скорость, а через неё — радиус.
Сила Лоренца удерживает частицу на окружности: qvB = \dfrac{mv^2}{R}, поэтому R = \dfrac{mv}{qB}.
Кинетическая энергия E_k = \dfrac{mv^2}{2}, то есть E_k \propto v^2. По условию E_k \propto B, значит v^2 \propto B и v \propto \sqrt{B}.
R = \dfrac{mv}{qB} \propto \dfrac{\sqrt{B}}{B} = \dfrac{1}{\sqrt{B}}. Берём отношение для двух полей: \dfrac{R}{R_0} = \sqrt{\dfrac{B_0}{B}}, то есть R = R_0\sqrt{\dfrac{B_0}{B}}.
Здесь та же ловушка: кажется, что при росте поля радиус упадёт как 1/B, но частица разгоняется, поэтому он уменьшается мягче — как 1/\sqrt{B}.
Ответ: R = R_0\sqrt{B_0/B}
R = R₀·√(B₀/B)