사이클로트론 운동을 눈으로 직접 관찰하자

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본문내용

가속원리>
입자가속기의 원리는 전자기 이론에 근거한다. 즉 하전입자가 힘의 자기선에 수직을 위치한 진공상태의 균일한 자기장내로 주입될 때 그 입자는 원형으로 움직인다. 이 움직임의 주파수는 자장의 세기, 입자의 질량과 전하에 의하여 결정되고 입자의 속도나 에너지와는 무관하다. 가속될 입자는 중앙의 이온원에서 이온화되어 나오고, 고주파 전극 디(Dee, 디자형 가속전극)에서 이온화된 입자의 에너지를 가속시키고 전자석은 입자의 궤도를 조정한다.
자기장에서 전류가 받는 힘(전자기력)
① 전자기력의 방향
오른손 법칙을 이용=> 엄지손가락 : 전류의 방향
네손가락 : 자기장의 방향
손 바 닥 : 힘의 방향
② 전자기력의 크기(F)
자기장의 세기(B) 전류의 세기(I) 자기장 속의 도선의
길이(l) 에 비례한다.
여기서 힘의 단위(N), 전류의 단위(A), 길이의 단위(m)을 쓰면
③ 전류의 방향과 자기장의 방향이 각 θ일 때
[N]
전류와 자기장이 수직일 때 전자기력은 최대, 평행이면 0.
평행한 두 직선 전류 사이의 힘
① 두 도선이 받는 힘
*자기장 B1에 의해 도선 2가 받는 힘(F2)
* 도선 2가 만드는 자기장B2에 의해 도선 1이 받는 힘(F1)
두 힘의 크기는 서로 같다.
② 힘의 방향 : 전류의 방향이 같으면 인력, 반대이면 척력.
운동하는 전하가 자기장 속에서 받는 힘
① 로렌쯔의 힘
자기장 속에서 운동하는 전하가 받은 힘
② 힘의 크기 :
자기장 B에 수직하게 놓인 길이 l인 도선에 전류(I)가
t 시간동안 흐른다면
(여기서 N :도선의 단면을 지나는 전자의 수, e :전자의 전하량)
그러므로 전자기력 F
(v: 자유전자의 속도)
도선내를 지나는 전자 1개가 받는 힘 F 는
일반적으로 전하량 q인 대전입자가 받는 힘 의 크기 F
(로렌쯔의 힘)
③ 힘의 방향
자기장 속에서 전류가 받는 힘의 방향과 같다.
(-)전하가 운동하면 반대방향이 전류방향, (+)전하가 운동 하면 그 방향을
전류의 방향으로 하여 오른손 법칙을 이용한다.
항상 운동방향과 힘과 자기장은 서로 수직이다.
④ 자기장 내에서 대전 입자의 운동
입자에 작용하는 힘의 크기는 운동방향에 수직하고 일정하므로 입자는 등속
원운동을 하게 된다.
원운동의 반지름(r)
그러므로
만일 q, B가 일정하면 r ∝ m, v
** 원운동의 주기 (T)
만일 q B가 일정하면 T ∝ m (v에 무관)
(사이클로트론의 원리)

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