Die lorentzkraft

Bewegt sich eine Ladung q mit der Geschwindigkeit v senkrecht zum Magnetfeld B, so wirkt auf sie senkrecht zu v und B die Lorentzkraft F = q  v  B, bzw. F = qvB, wenn v und B einen beliebigen Winkel einschließen.
Da die Lorentzkraft stets senkrecht zur Bewegungsrichtung steht, verändert sie nur die Richtung der Geschwindigkeit, aber nicht deren Betrag.

1.Geladene Teilchen im homogenen Magnetfeld
Geladene Teilchen bewegen sich im homogenen Magnetfeld auf schraubenförmigen Bahnen. Die Achse der Schraubenbahn liegt parallel zur Feldrichtung. Der Radius der Schraubenbahn beträgt : r = mv / qB



2.Das Zyklotron:

Das Zyklotron (Teilchenbeschleuniger) besteht aus zwei Dosenhälften mit angelegter Spannung , einer Ionenquelle in der Mitte und einem Magnetfeld.
Ein geladenes Teilchen tritt aus der Ionenquelle aus und beschreibt mit seiner Bahn zunächst einen Halbkreis, aufgrund des einwirkenden Magnetfeldes, in der einen Dosenhälften. Befindet sich das Teilchen am Spalt zwischen den beiden Dosenhälften, so wird die Spannung umgepolt, das Teilchen wird von der anderen Dosenhälfte angezogen. Dies beschleunigt das Teilchen und bewirkt eine größere Kreisbahn. Dieser Vorgang wiederholt sich bei jedem Durchtritt in die andere Dosenhälfte. Solange, bis das Teilchen die vorgesehene Geschwindigkeit erreicht hat, aus der Dose herausgelenkt wird und für Experimente verwendet werden kann.

3.Der Speicherring:
Der Speicherring soll schnelle Teilchen auf hohen Geschwindigkeiten halten. Bei großen Anlagen sind mehrere tausend Einzelmagnete erforderlich. Die Teilchen werden auf einer Kreisbahn in eine, Vakuumrohr geführt, um später mit anderen Teilchen zur Kollision gebracht zu werden.


4.Der Massenspektrograph
Mit dem Massenspektrograph können von einander getrennt werden, die sich in der Masse nur gering unterscheiden.
Der Bahnradius r = mv / QB geladener Teilchen im Magnetfeld hängt vom Verhältnis m / Q ab. Wenn die Ladung Q (stets ein Vielfaches der Elementarladung) bekannt ist, kann man die Masse aus dem Bahnradius bestimmen.


5.Die Strahlungsgürtel der Erde
Die Sonne schickt ständig einen Strom geladener Teilchen zur Erde. Dieser Sonnenwind besteht vor allem aus Protonen und Elektronen. Geraten die Teilchen in den Bereich des Erdmagnetfeldes, so bewegen sie sich auf schraubenförmigen Bahnen um die Feldlinien.
In der Umgebung der Pole, wo die magnetische Feldstärke zunimmt, verringert sich die Geschwindigkeitskomponente der Teilchen parallel zur Feldrichtung, wie die Abbildung zeigt, und kehrt sich schließlich um. Die Teilchen pendeln daher ständig zwischen den Polen hin und her. Dadurch wird eine beträchtliche Anzahl von Teilchen in einigen Bereichen des Erdmagnetfeldes gespeichert. Diese Bereiche heißen Strahlungsgürtel oder van Allen Gürtel.
In den Polargegenden stoßen die gespeicherten Teilchen mit Molekülen aus der Lufthülle der Erde zusammen. Dadurch kommt die Leuchterscheinungen des Polarlichts zustande.