磁力鏡

磁力鏡(the magnetic mirror)與磁力井(the magnetic trap)

 

在一個不均勻的磁場中,磁力線會往強磁場的方向集中。如果一個帶電荷粒子在此不均勻磁場中運動,此帶電粒子會沿著磁力線趨向磁場強的方向。然而由於磁力線向強磁場方向集中,Lorentz force會使得此粒子向強磁場方向的速度變慢,最後得到一相反方向的速度分量而反彈回去。因此一個極不均勻的磁場對帶電粒子而言乃是一個磁力鏡。如果空間兩端各有一個磁力鏡,則此段空間形成一個磁力井,可以將帶電粒子限制在這個特定的空間。在自然界中,地球的磁場即是以此現象保護生命受到太陽風帶來的高能量粒子直接侵襲。在科技應用上,不均勻磁場被用來操控帶電子粒子,如在電子顯微鏡與核融合反應的研究中,均應用了此類技術。

本實驗主要需Thomson tube來產生電子,並用永久磁鐵或電磁鐵經適當設計產生不均勻磁場。學生可藉由改變磁場分布觀察到磁力鏡與磁力井的現象,並作定性與半定量的探討。