ローレンツ力と荷電粒子

一様磁場(画面垂直方向)の中で電子・陽電子が円運動する軌跡を描こう。

ローレンツ力: F = qv × B (磁場と速度の両方に垂直)
円運動の半径 r = mv/(|q|B)、周期 T = 2πm/(|q|B)(周期は速さによらない)。F⊥v なので仕事ゼロ・速さ不変。
例: 電子(m = 9.109×10⁻³¹ kg)を v = 5×10⁶ m/s で B = 0.50 mT の磁場に入れると r ≈ 5.7 cm、T ≈ 71 ns。

コントロール

5.0
0.50 mT

粒子: 電子/陽電子(m = 9.109×10⁻³¹ kg、|q| = e = 1.602×10⁻¹⁹ C)

状態

理論半径 r [cm]
周期 T [ns]
速さ [×10⁶ m/s]
負電荷(電子)と正電荷(陽電子)では回転方向が逆になります。
v₀ を上げると半径が大きく、B を上げると半径が小さくなります。 周期 T = 2πm/(|q|B) は速さによらず、B を上げると回転が速くなります。
画面は実空間の縮尺 800 px/m(スケールバー参照)、時間は実時間の 5×10⁷ 倍スロー再生です。 破線の円は理論半径 r = mv/(|q|B) の円で、軌跡と一致します。