Physikalischer Grund für magnetische Spiegelung?

Ich verstehe die mathematische Herleitung der magnetischen Spiegelung , die üblicherweise von der Erhaltung des magnetischen Dipolmoments ausgeht (z. B. in einem Plasma).

Aber physikalisch: Ein gespiegeltes Teilchen kommt effektiv zum Stillstand und beginnt sich dann wieder in die entgegengesetzte Richtung zu bewegen.

1) Es verliert beim Abbremsen kinetische Energie - wohin geht diese Energie?

2) Es stellt es wieder her, wenn es vollständig reflektiert wird - woher kommt diese Energie? wo wurde es gespeichert?

Ich denke, Sie sollten sich die tatsächliche Bewegung eines gespiegelten Teilchens ansehen und die kinetische Energie berechnen. Sie werden feststellen, dass es eine Konstante ist. Die Bewegung kommt nur zum Stillstand und reversiert in einer Richtung, aber nicht senkrecht dazu. Ein magnetischer Spiegel kehrt den Impuls eines von ihm reflektierten Teilchens um, was natürlich der Impulsübertragung einer Kugel entspricht, die von einer Wand abprallt, außer dass die Kraft hier durch das Magnetfeld und nicht durch eine atomare Wechselwirkung erzeugt wird . Wo ist der Schwung geblieben? Es wurde auf den Magneten übertragen, der das Magnetfeld erzeugte.
Was unterscheidet ein Teilchen, das von einem Magnetspiegel zum Stehen gebracht wird, von einem Teilchen, das einfach stationär in einem Magnetspiegel sitzt?
@Harold - CuriousOne hat Recht, die kinetische Energie T ändert sich hier nicht. Die gesamte Wechselwirkung ist vollständig reversibel und wird ähnlich wie eine elastische Kollision betrachtet. Ein etwas nachlässiger Ansatz (es ist nachlässig, weil Energie ein Skalar und kein Vektor ist) besteht darin, das T in Bezug auf das Magnetfeld in parallele und senkrechte Komponenten zu zerlegen. Die Summe T = konstant, aber T ∥ Und T ⊥ sind nicht. In Bezug auf Ihre zweite Frage erfährt ein in Bezug auf ein Magnetfeld ruhendes Teilchen keine Kraft / Beschleunigung.
@SuperCiocia - Ich habe eine ausführliche Antwort unter http://physics.stackexchange.com/a/252885/59023 geschrieben , die die Spiegelung im Zusammenhang mit der Fermi-Beschleunigung erklärt.

Antworten (1)

Um diese Frage zu beantworten, sollten wir uns die Bewegung eines geladenen Teilchens in einem Magnetfeld ansehen: Es kreist im Grunde um die Magnetfeldlinie, wo die Kreiselfrequenz liegt ω hängt von der Magnetfeldstärke ab B :

ω = Q B / M ,
mit Q die Ladung des Teilchens und M seine Masse. Eine größere Magnetfeldstärke führt zu einer höheren Gyrationsfrequenz.

Eine einfache Antwort auf Ihre Frage ist daher, dass mit zunehmender Magnetfeldstärke die Senkrechte (Senkrechte zu B ) Geschwindigkeit des Teilchens zunimmt. Um Energie zu sparen, muss die Parallelgeschwindigkeit abnehmen. Und das könnte dazu führen, dass das Teilchen reflektiert wird.

(Ein bisschen detaillierter kann man es mit dem Faradayschen Gesetz erklären, das für die parallele Verzögerung und die senkrechte Beschleunigung verantwortlich ist: Die Änderung des magnetischen Flusses über der Oberfläche, die durch die Drehung des Teilchens gegeben ist, induziert ein elektrisches Feld und damit eine Kraft auf das Teilchen führt zu das beschriebene Verhalten.)

Was Sie verwirrt hat, ist, dass Sie die Bewegung des Teilchens beschrieben haben, ohne die Kreiselbewegung zu berücksichtigen, Sie haben nur sein Führungszentrum betrachtet (etwas, das in der Plasmaphysik weit verbreitet ist).

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