Eine Frage zum Thomson-Experiment

Kürzlich habe ich mich mit Thomsons Experiment mit Kathodenstrahlen beschäftigt. Mein Lehrbuch zeigt es so.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Es sagt:

Wenn nur ein elektrisches Feld angelegt wird, weichen die Elektronen von ihrem Weg ab und treffen an Punkt A auf die Kathodenstrahlröhre. Wenn nur ein magnetisches Feld angelegt wird, trifft das Elektron in ähnlicher Weise an Punkt C auf die Kathodenstrahlröhre.

Aber wenn wir Flemings Regel für die rechte Hand anwenden, erhalten wir die Kraftrichtung nach oben, also sollten die Strahlen in Richtung A abweichen, aber sie weichen in Richtung C ab. Ich denke, das liegt daran, dass Flemings Regel für die linke Hand für konventionellen Strom (Fluss) definiert ist von positiven Ladungen) und womit wir es zu tun haben, sind negative Ladungen. Ist das korrekt?

Antworten (1)

Die Rechte-Hand-Regel von Fleming gilt, wenn sich ein Leiter in einem Magnetfeld bewegt und der Strom induziert wird. In diesem Fall haben wir jedoch ein geladenes Teilchen, das sich durch ein nicht veränderliches Magnetfeld bewegt, daher gilt hier das Lorentz-Magnetkraftgesetz am besten. Die einfache Form, in der es nur eine magnetische Feldkomponente (und kein extern angelegtes elektrostatisches Feld) gibt, ist diese:

F = Q ( v × B )
in welchem F ist der Kraftvektor, Q ist die Ladung des sich bewegenden Teilchens, v ist die Geschwindigkeit des Teilchens und B ist der Magnetfeldvektor. Wenn wir die Rechte-Hand-Regel darauf anwenden (die Richtung jedes Kreuzprodukts von Vektoren kann mithilfe einer Rechte-Hand-Regel visualisiert werden), sehen wir das v ist auf der rechten Seite, wenn Sie Ihr Diagramm anzeigen und B kommt aus der Seite (in Richtung von N nach S des Magneten) und so das Ergebnis F zeigt nach unten.

Allerdings, weil die Gebühr Q negativ ist, das Vorzeichen des resultierenden Vektors F umgekehrt ist, also die Kraft nach oben gerichtet ist. Das Diagramm ist falsch und sollte umgekehrte N- und S-Pole des Magneten (oder äquivalent umgekehrte Elektrodenpolarität) zeigen.

Beachten Sie auch, dass Flemings Regel für die linke Hand (Strom und Magnetfeld sind gegeben, und Kraft ist das Ergebnis) auch hier für die Richtung funktioniert, da Flemings Regel für die linke Hand, wie Sie richtig betonen, in Bezug auf "konventionell" angegeben wird Strom" (von + nach -) statt Elektronenfluss, und der Elektronenfluss verläuft im Diagramm eindeutig von links nach rechts. Damit die Kraft nach unten zeigt, müssen die Pole wieder vertauscht werden.

Hier ist ein ähnliches Diagramm, Abbildung 2.4 vom Verlag Prentice-Hall, das korrekt die entgegengesetzte Polarität für die Elektroden zeigt.

Aber ich dachte, Flemings Regel der linken Hand gibt die Richtung der Kraft an, die auf positive Ladungen wirkt. Sollte die auf negative Ladungen wirkende Kraft nicht genau entgegengesetzt zu der auf positive Ladungen wirken?
@Yashbhatt: Ja, Ihr Verständnis ist richtig und das Lehrbuch ist fehlerhaft. Das Diagramm sollte N und S umgekehrt haben. Ich habe meine Antwort aktualisiert, um dies zu berücksichtigen.
Was ich verstehe ist, dass das Diagramm korrekt ist, weil wir aus Flemings Left-Hand-Regel die Richtung der Kraft erhalten, die auf positive Ladungen wirkt, aber da Kathodenstrahlen negativ geladen sind, sollten sie sich nach unten bewegen.
@Yashbhatt: Nein, Flemings Regel der linken Hand bezieht sich auf die Kraft auf einen Leiter aufgrund der Wechselwirkung zwischen einem Strom und einem Magnetfeld. Die Ladung der tatsächlichen Teilchen, die den Strom bilden, spielt keine Rolle (außer bei der Bestimmung der Richtung des Stroms), da es die Bewegung der Ladungen ist, die für die Entwicklung einer Kraft erforderlich ist; ein stromloser Elektromotor hat kein Drehmoment.
Die Bewegungsrichtung der Ladungen in dieser Figur muss nach rechts genommen werden, richtig?
@Yashbhatt: Wenn wir das oben zitierte Lorentz-Magnetkraftgesetz verwenden, ist die Richtung ja von links nach rechts, da die Ladung separat im Vorzeichen von q berücksichtigt wird . Für die linke Handregel von Fleming ist die Richtung von rechts nach links, da die Richtung sich auf die Bewegung positiver Ladungen ("konventioneller Strom") und nicht auf die Bewegung von Elektronen bezieht.
Ja. Das ist was ich dachte. Aber wenn das der Fall ist, kommt das Magnetfeld gemäß der Left-Hand-Regel aus dem Bildschirm, der Strom fließt von rechts nach links. Die Kraft sollte also bei positiver Ladung nach oben und bei negativer Ladung nach unten gerichtet sein.
@Yashbhatt: Nein. Gemäß Flemings Regel für die linke Hand ist die Kraft nach oben gerichtet, da das Magnetfeld aus dem Bildschirm kommt und der Strom (immer "konventioneller Strom" für Flemings Regeln) von rechts nach links verläuft. Stets.
Ja. Aber diese Kraft wirkt auf positive Ladungen, da wir konventionellen Strom verwenden.
@Yashbhatt: Nein. Wenn das der Fall wäre, würde die Kraft unabhängig von der Stromrichtung immer dieselbe Richtung haben, was eindeutig nicht das ist, was tatsächlich beobachtet wird.
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