Главная страница
Навигация по странице:

  • МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА Цель работы

  • Описание установки и порядок выполнения работы

  • Что такое магнетрон Какие силы действуют на электрон при его движении к аноду

  • Какое магнитное поле называется критическим

  • Лаб_раб_№14. Лабораторная работа 14 определение удельного заряда электрона методом магнетрона


    Скачать 0.78 Mb.
    НазваниеЛабораторная работа 14 определение удельного заряда электрона методом магнетрона
    Анкорkf,rf
    Дата04.03.2021
    Размер0.78 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаЛаб_раб_№14.doc
    ТипЛабораторная работа
    #181975

    Лабораторная работа № 14
    определение УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА

    МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА
    Цель работы: Экспериментально определить величину удельного заряда электрона.

    Обоснование метода измерения





    Магнетроном называется двухэлектродная лампа, помещенная во внешнее магнитное поле. Электроны за счет термоэлектронной эмиссии вылетают из катода, попадают в электрическое поле, определяемое конфигурацией катода-анода, и летят к аноду. Наряду с электрическим полем электроны подвергаются воздействию внешнего магнитного поля. В простейшем случае катод и анод представляют собой коаксиальные цилиндры (Rк«Ra), а магнитное поле создается соленоидом, в который помещается лампа. Вектор индукции внутри лампы направлен вдоль катода и анода (рис.1). Движение электронов происходит в кольцевом пространстве, заключенном между анодом и катодом.

    Отметим основные особенности движения электронов. При этом будем полагать:

    1) что скорость вылета электронов из катода мала, и ею можно пренебречь, т.е. Vо =0;

    2) что радиус катода Rк = 0, вследствие того, что радиус анода Ra»Rк

    В отсутствие магнитного поля (В = 0) электроны летят к аноду прямолинейно по радиусам под действием силы электрического поля.

    (1)

    Вектор направлен вдоль радиуса от анода к катоду.

    При включении магнитного поля на движущийся электрон будет действовать сила Лоренца .

    (2)

    где - заряд электрона; - скорость движения электрона; - индукция магнитного поля.

    Согласно уравнению (2) эта сила направлена перпендикулярно скорости движения электрона и индукции магнитного поля.

    На рис. 3 показано направление силы Лоренца в момент вылета электрона из катода. Под действием этой силы траектория движения из прямолинейной превращается в криволинейную (рис.2). Сила Лоренца не изменяет величины скорости, а только - ее направление . Пока магнитное поле невелико, все электроны попадают на анод (рис.2,б). Чем больше индукция магнитного поля , тем меньше радиус кривизны траектории, и при некотором значении (критическое) траектория электрона искривляется так, что почти касается анода (рис.2,в).


    При > электроны не достигают анода (рис.2,г), и анодный ток падает до нуля. Следует отметить, что траектории движения электронов, строго говоря, не представляют собой окружности, так как скорости электронов изменяются под действием силы электрического поля. Траектория движения в этом случае представляет собой эпициклоиду.

    Рис.2

    Характеристика магнетрона - зависимость анодного тока Iа от индукции магнитного поля В показана на рис.4. Если исходить из предположения, что для всех электронов V0 = 0, то зависимостьIа = f(B) должна имеет вид кривой 1 (рис.4). Практически же получаемые характеристики имеют вид кривой 2 на рис.4. Это происходит от того, что электроны, движущиеся от катода к аноду, имеют различные скорости (V0  0), кроме того, всегда существует некоторое отступление от строгой симметрии в размерах цилиндрических электродов.

    Экспериментальное определение критического магнитного поля Вкр позволяет рассчитать удельный заряд электрона . Рассмотрим эту возможность.

    В условиях критического магнитного поля ВКР для электронов, попадающих на анод (определяющих величину анодного тока), справедливо следующее: на пути от катода к аноду ускоряющее электрическое поле совершит работу по перемещению электрона, равную А = еU . Согласно закону сохранения энергии

    , (3)
    где U - анодное напряжение; е - заряд электрона; m - масса электрона; VКР. - критическая скорость электрона.


    При коаксиальной конструкции катода и анода ускорение электрона электрическим полем осуществляется в основном в небольшой области вблизи катода. Следовательно, в остальной области ускорение электрона связано только с силой Лоренца.

    Тогда, согласно второму закону Ньютона, можно записать

    (4)

    Так как сила Лоренца перпендикулярна скорости движения электрона , то в уравнении (4) является нормальным ускорением и, следовательно, , где rКР. - радиус кривизны траектории электрона при критическом магнитном поле.

    Уравнение (4) может быть записано

    (4х)

    В условиях ВКР , rКР = (рис.2,в). Из соотношений (3) и (4х) следует

    (5)

    Так как магнитное поле создается соленоидом, длина которого намного больше его диаметра, то

    , (6)

    где 0 - магнитная постоянная; - относительная магнитная проницаемость среды ( = 1); IКР - критический ток через соленоид; N - число витков соленоида; l - длина соленоида.

    Согласно (5) с учетом (6), находим

    . (7)

    Теперь можно, определив магнитное поле ВКР или соответствующий ток соленоида IКР, при котором электроны перестают попадать на анод, пользуясь уравнением (7), рассчитать удельный заряд электрона .

    Описание установки и порядок выполнения работы
    1. Соберите схему измерений, показанную на рис.5.

    2. Снимите зависимость анодного тока магнетрона I от тока соленоида Ic при различных напряжениях на аноде U. Результаты занесите в таблицу измерений.

    3. Постройте график зависимости I = f(Ic). По точке перегиба полученной кривой определите IКР.

    4. По формуле (5) с учетом (6) или по (7) рассчитайте удельный заряд электрона .




    5. Найти среднее значение из 5 опытов.

    Таб.1 Пример таблицы для клмпьютерной модели «Магнетрон»

    Контрольные вопросы






    1. Что такое магнетрон?


    2. Какие силы действуют на электрон при его движении к аноду?


    3. Куда направлена сила, действующая на электрон со стороны электрического поля?


    4. Куда направлена сила, действующая на электрон со стороны магнитного поля?

    5. Выведите рабочую формулу для определения .

    6. Почему при выводе рабочей формулы не учитывается сила, действующая на электрон со стороны электрического поля? Можно ли ее учесть?

    7. Какие зависимости необходимо снять для определения ?


    8. Какое магнитное поле называется критическим?

    9. Как определяется в работе ВКР, при каких предположениях формула для определения ВКР верна?

    10. Объясните зависимость анодного тока магнетрона от индукции магнитного поля В.



    Список литературы



    1. Калашников С.Г. Электричество.- М., 1977

    2. Савельев И.В. Курс общей физики.- М., 1978.- Т.2 и последующие издания этого курса.


    написать администратору сайта