带电粒子在正交的电磁场中运动时,会产生电漂移。设磁场为
B
,电场为
E
,且
B
⊥E
,它们在空间中均匀恒定地分布。带电粒子的质量为
m,电荷量为
q,其速度为
v
。将粒子运动速度分解为垂直磁场的运动速度与平行磁场的运动速度,即
v
=v
∣∣+v
⊥
在非相对论情况下,有牛顿运动方程
mdtdv
⊥=q(E
+v
⊥×B
)
选取这样一个惯性参考系
K,它的运动速度为
v
E,带电粒子在这个惯性参考系下感受到的电场为零。令
v
∣∣′=v
∣∣
v
⊥=v
E+v
⊥′
其中
v
⊥′为粒子在惯性参考系
K下的运动速度。
在惯性参考系
K下,粒子感受到的电场
E
′=E
+v
E×B
=0
在上式右侧叉乘磁场
B
,并由
(a
×b
)×c
=b
(a
⋅c
)−a
(b
⋅c
)
可得漂移速度
v
E=∣∣∣B
∣∣∣2E
×B
粒子在惯性参考系
K下的运动方程为
mdtdv
⊥′=qv
⊥′×B
该方程即为粒子在匀强磁场中的运动方程。
在
v
E小于光速的情况下,参考系
K总是存在的。若计算出来的
v
E大于光速,则无法找到这样的惯性参考系
K。即电场
E
不能太大,必须保证
v
E小于光速。
由电场引起的漂移有以下几个特点:
- 与带电粒子的电荷符号、质量、能量无关。从
v
E的表达式可以看到,它只和磁场与电场有关。
- 对于正电荷和负电荷,
v
E的方向都相同,从而电场漂移不会产生电流。
- 粒子的导向中心(粒子在参考系
K下做圆周运动的圆心)沿着电场的等势线运动,电场不做功,不改变粒子的能量。