Правка разделов «Условие», «Решение», «Ответ»

Shrodinger_cat правка от
правка #17723 предыдущая #17722 ← раньше позже →
@@ -1,13 +1,54 @@
### Условие
−$10.1.27.$ [Вставьте условие задачи]
+$10.1.27^*.$ Какая часть электронов, испущенных во все стороны радиоактивной пылинкой, расположенной на оси магнитной ловушки, останется внутри этой
+ловушки? Индукция магнитного поля внутри ловушки $B_1$, вне ее $B_2 > B_1$.
+![К задаче $10.1.27$|266x104, 50%](../../img/10.1.27/2026-03-21_18-23-21.png)
+
### Решение
+Так как частицы вылетают во все стороны, то отношение количества между оставшимися в ловушке электронами и их общим количеством будет определятся отношением площади части сферы, в которую попали оставшиеся в ловушке электроны, к общей площади сферы:
+$$
+n = \frac{S}{S_0} = \frac{1-\sin{\theta_{max}}}{2}
+$$
+где $\theta_{max}$ - максимальный угол между осью симметрии ловушки и скорость электрона, при котором он не покинет ловушку.
− Какая часть электронов, испущенных во все стороны радиоактивной пылинкой, расположенной на оси магнитной ловушки, останется внутри этой
−ловушки? Индукция магнитного поля внутри ловушки B1, вне ее B2 > B1.
−
−
+Воспользуемся теоремой из задачи 10.1.26:
+$$
+dL = -\frac{e}{2\pi}d\Phi
+$$
+Момент импульса:
+$$
+L = mv_{||}r
+$$
+Поток вектора магнитной индукции:
+$$
+\Phi = B\pi r^2
+$$
+Раскроем выражение для связи изменения момента импульса и изменения потока по правилу произведения:
+$$
+rdv_{||} + v_{||}dr = -\frac{e}{2m}(r^2dB + 2rBdr)
+$$
+Используем второй закон Ньютона для вращательного движения заряженных частиц по окружности для связи скорости, индукции и радиуса:
+$$
+\frac{mv_{||}^2}{r} = ev_{||}B
+$$
+Комбинируя два последних выражения, получаем дифференциальное уравнение:
+$$
+\frac{dv_{||}}{v_{||}} = \frac{1}{2}\frac{dB}{B}
+$$
+решение которого является:
+$$
+\frac{v_{||}}{\sqrt{B}} = const
+$$
+В начальный момент при предельном угле скорость $v_{||}$ равна $v\sin(\theta_{max})$, $v$ - полная скорость, а индукция - $B_1$. В конце, так как магнитное поле не совершает работу, в предельном случае скорость $v_{||}$ равна $v$, а индукция - $B_2$. Тогда:
+$$
+\sin(\theta_{max}) = \sqrt{\frac{B_1}{B_2}}
+$$
+Тогда часть оставшихся электронов в ловушке находится:
+$$
+n = \frac{1-\sqrt{\frac{B_1}{B_2}}}{2}
+$$
#### Ответ
−
−[Вставьте краткий ответ или результат в рамке]
+$$
+\boxed{n = \frac{1-\sqrt{\frac{B_1}{B_2}}}{2}}
+$$