Условие
10.2.8. Плоский конденсатор помещен в однородное магнитное поле индукции
перпендикулярном магнитному полю. Напряжение, приложенное к пластинам,
равно
Решение
Движение частицы в скрещенных полях можно представить в виде вращения с постоянной по модулю скоростью вокруг центра окружности, который движется с дрейфовой скоростью.(подробное доказательство этого факта смотрите в задаче
Как известно:
Если электрон изначально будет двигаться с этой скоростью, то вращения по окружности просто не будет. То есть электрон движется по прямой. Далее рассмотрим случай, если вращение всё же есть. Перейдём в СО движущуюся со скоростью дрейфа
Тогда скорость, с которой частица вращается вокруг центра:
Изначально частица находится в верхней точке окружности, по которой будет вращаться.
На рисунке показаны возможные траектории вращения электрона в системе, движущейся в дрейфовой скоростью. Для отсутствия столкновения с пластиной конденсатора:
Вспомним формулу для радиусы при вращении по окружности в магнитном поле(напомним, что в этой СО есть только магнитное поле):
Тогда:
Однако это ещё не всё. А что если скорость дрейфа больше начальной скорости? Тогда вращение будет происходить в другую сторону:
И модуль скорости вращения будет равен:
Вновь подставим формулы для движения по окружности и получим нижнюю границу скорости:
Но не стоит забывать что нижняя граница имеет смысл только если начальная скорость больше нуля
Альтернативное решение (Динамический метод)
Рассмотрим движение электрона (заряд
Напряженность электрического поля в конденсаторе
Запишем уравнения движения электрона (проекции второго закона Ньютона).
По оси
Умножим на
По оси
Полученное уравнение описывает гармонические колебания. Найдем координату равновесия
Поскольку электрон влетает в конденсатор в точке
Для того чтобы электрон прошел через конденсатор и не столкнулся с пластинами, максимальное отклонение по модулю не должно превышать половины расстояния между пластинами:
Подставив
Раскрывая модуль, получаем полный диапазон допустимых скоростей:
*(При условии, что левая граница больше нуля, иначе электрон не полетит вперед изначально).*