The solution at revision #22267 of , by emixter. This is not the current version.

Условие

10.1.28∗. Определите минимальный радиус, который может иметь пучок электронов при переходе из поля с индукцией в поле с индукцией . Оси симметрии переходного поля и пучка совпадают. Радиус пучка в поле равен , скорость пучка в поле параллельна индукции.

Решение

Будем пользоваться все тем же инвариантом.

В начале момент импульса равен нулю.

Теперь по говорим об условии минимума ширины, очевидно, что раз это минимум, радиальная компонента скорости равна 0. Но также условием минимума является и то что продольная скорость равна 0 ведь мы рассматриваем граничный случай, когда после перехода пучок остается сфокусированным, значит:

У Савченко, видимо, опечатка.

Альтернативное решение

Представим мысленный проводящий контур в виде кольца на границе пучка. Когда пучок переходит из поля в поле , магнитный поток через это кольцо меняется от до .

По закону Фарадея, изменение потока создает вихревое электрическое поле. Работа этого поля идёт на закручивание электрона вдоль магнитных линий. В задаче была доказана формула изменения момента импульса электрона:

Поскольку скорость пучка в поле параллельна индукции, то в этой области - электроны не вращаются. А в области поля электроны преобритают вращательную скорость . Момент импульса станет равным . Подставим всё в (1):

Отсюда:

Критерием минимального радиуса будет то условие, что радиальная скорость сжатия пучка станет равной 0 и так как магнитное поле работы не совершает, то вся кинетическая энергия продольного движения электронов должна перейти в энергию вращательного движения.

В этой точке сила Лоренца и центробежная сила должны обеспечивать радиальное равновесие, чтобы пучок не расширялся обратно:

лц

Подставим (5) в (3):

После преобразований:

Или:

Ответ