为什么在地球两极存在极光?《张朝阳的物理课》介绍带电粒子在磁场中的运动

8月7日12时,《张朝阳的物理课》第七十七期开播,搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间,介绍了怎么计算通有反向电流的无穷长直导线中垂线上的磁场以及无穷长螺线管的磁场分布。

通电螺线管的磁场是怎样分布的?质谱仪与回旋加速器的原理是怎样的?为什么在地球两极存在极光?8月7日12时,《张朝阳的物理课》第七十七期开播,搜狐创始人、董事局主席兼CEO张朝阳坐镇搜狐视频直播间,介绍了怎么计算通有反向电流的无穷长直导线中垂线上的磁场以及无穷长螺线管的磁场分布,然后转向讨论带电粒子在磁场中的运动,并以此为基础讨论了质谱仪、回旋加速器的物理原理,并进一步解释了地球极光的形成原因。

张朝阳先带着网友们复习了电动力学中常用的六个方程,然后开始介绍求电流产生的磁感应强度的一些例子,其中包括无穷长反向电流对在中垂线上的磁感应强度与无穷长螺线管的磁场分布。从无穷长反向电流对的例子可以知道,通过让导线成对组合,可以大大降低外部的磁场大小,从而有效降低磁场对外界的影响。对螺线管的计算表明,通电螺线管的外部磁场为0,螺线管空腔内的磁场是均匀磁场,这在工业上非常有用。

然后,张朝阳介绍了带电粒子在磁场中的受力情况,并介绍了带电粒子在均匀磁场中的运动:如果带电粒子以垂直磁场的速度运动,那么它将作圆周运动;如果带电粒子以倾斜的速度运动,那么带电粒子将会绕着磁感线前进。他还分析了,即使在磁感线偏转的情况下,带电粒子仍然会绕着磁感线前进。根据带电粒子在磁场中的运动规律,张朝阳给网友们科普了质谱仪与回旋加速器的原理。

最后,张朝阳介绍了地磁场使得太阳分中的高能带电粒子绕着磁感线前进去到地球的两极,这些高能带电粒子在两极接近大气层后就会激发空气分子,使得这些空气分子释放出美丽的极光。也正因为这一点,地球两极的高能粒子辐射高于赤道的。

截至目前,《张朝阳的物理课》已直播七十余期,内容丰富、覆盖广泛,理论公式由浅入深、繁简交融。从去年11月开启第一节物理直播课,他先是从经典物理学开始,科普了牛顿运动定律等;而后从经典物理的“两朵乌云”说起,向近现代物理过渡,探讨了黑体辐射理论中的维恩公式、普朗克公式等知识。

此后逐步进入量子力学领域,从基础的薛定谔方程等理论内容,到氢原子波函数,再到气体定容比热的温度阶梯,并顺势讲解了热力学定律。接着回到了经典物理,推导出飞船运行轨迹,估算太阳的结构与性质以及中子星的自转速度,随后讲解了陀螺的进动,还计算出月球的潮汐高度。而现在开始讲解一些数学工具,准备进军广义相对论。

《张朝阳的物理课》的直播风格独树一帜:注重推导,通过一步一步详尽的数学计算,推导出相关的物理公式,把每个公式从头到尾拆解得十分清晰。

据了解,《张朝阳的物理课》于每周周五、周日中午12时在搜狐视频直播,网友可以在搜狐视频“关注流”中搜索“张朝阳”,观看直播及往期完整视频回放;关注“张朝阳的物理课”账号,查看课程中的“知识点”短视频;此外,还可以在搜狐新闻APP的“搜狐科技”账号上,阅览每期物理课程的详细文章。

除了《张朝阳的物理课》外,在直播方面,搜狐视频正持续打造知识直播平台,邀请各个科学领域的头部播主入驻,进行科普知识直播。包括中国运载火箭技术研究院专家钱航,直播讲述航空航天事业发展史;北京交通大学理学院教师陈征博士线上开课——“奇趣的科学实验”;中国科学院基因组学博士、元码基因创始人田埂讲解基因组学与生活的紧密联系;天体物理博士刘博洋科普“日全食是怎么产生的”等。未来还将有更多知识播主入驻搜狐视频,一起互动玩转科学。