Для решения данной задачи, мы можем использовать принцип действия силы Лоренца на заряженные частицы в магнитном поле.
Сила Лоренца на заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле, выражается следующей формулой:
F = q * (v * B),
где:
F - сила Лоренца,
q - заряд частицы,
v - скорость частицы,
B - магнитная индукция поля.
В циклотроне протон движется по окружности с радиусом R. Сила Лоренца направлена в центр окружности и предоставляет необходимую центростремительную силу для поддержания движения протона по окружности.
Центростремительная сила (Fцс) равна магнитной силе Лоренца (F):
Fцс = F.
Также, центростремительная сила (Fцс) определяется как произведение массы частицы (m) на квадрат скорости (v²), деленное на радиус окружности (R):
Fцс = m * (v² / R).
Из условия равенства центростремительной силы магнитной силе Лоренца, мы можем записать:
Fцс = F,
m * (v² / R) = q * (v * B).
Теперь мы можем найти скорость протона в циклотроне. Подставим известные значения в уравнение:
m * (v² / R) = q * (v * B).
Перегруппируем уравнение и решим относительно скорости (v):
v = (q * B * R) / m.
Подставим значения:
q = 1,6 * 10^(-19) Кл,
B = 0,01 Тл,
R = 34 см = 0,34 м,
m = 1,6 * 10^(-27) кг.
v = (1,6 * 10^(-19) Кл * 0,01 Тл * 0,34 м) / (1,6 * 10^(-27) кг).
Выполняя вычисления, получаем:
v ≈ 0,34 * 10^8 м/с.
Скорость протона в циклотроне составляет примерно 0,34 * 10^8 м/с или 3,4 * 10^7 м/с.
F = I B L = 50 A * 0.020 Тл * 0.20 м = 0,2 Н