Электромагнетизм. Рабочая тетрадь. Булгаков Н.А - 7 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Лабораторная работа 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА
«МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА»
Цель работы: ознакомиться с методом создания взаимно перпендикулярных электрического и магнитного полей,
движением электронов в таких скрещенных полях. Экспериментально определить величину удельного заряда электрона.
Приборы и принадлежности: электронная лампа 6Е5С, соленоид, источник питания ВУП-2М, миллиамперметр,
амперметр, вольтметр, потенциометр, соединительные провода.
I. Методические указания и описание установки
В основе одного из экспериментальных методов определения удельного заряда электрона (отношение заряда электрона
к его массе
me / ) лежат результаты исследований движения заряженных частиц во взаимно перпендикулярных магнитном и
электрическом полях. При этом траектория движения зависит от отношения заряда частицы к её массе. Название
применяемого в работе метода обусловлено тем, что подобное движение электронов в магнитном и электрическом полях
такой же конфигурации осуществляется в магнетронах – приборах, используемых для генерации мощных электромагнитных
колебаний сверхвысокой частоты.
Основные закономерности, поясняющие данный метод, можно выявить, рассмотрев для простоты движение электрона,
влетающего со скоростью V в однородное магнитное поле, вектор индукции которого перпендикулярен направлению
движения. Как известно, в этом случае на электрон при его движении в магнитном поле действует максимальная сила
Лоренца F
л
= eVB, которая перпендикулярна скорости электрона, и, следовательно, является центростремительной силой.
Движение электрона под действием этой силы происходит по окружности. Исходя из равенства сил:
r
mV
eVB
2
= , (1)
где e, m, V – заряд, масса и скорость электрона соответственно; В – значение индукции магнитного поля; радиус окружности
r равен:
eB
mV
r =
. (2)
Следовательно, радиус кривизны траектории движения электрона будет уменьшаться с увеличением индукции
магнитного поля и увеличиваться с ростом его скорости.
Выразив отсюда величину удельного заряда:
rB
V
m
e
=
, (3)
видим, что для его нахождения необходимо знать скорость движения электрона
V, значение индукции магнитного поля В и
радиус кривизны траектории
r электрона.
На практике для моделирования такого движения электронов и определения указанных параметров поступают
следующим образом. Электроны с определённым направлением вектора скорости движения получают с помощью
двухэлектродной электронной лампы с анодом, изготовленным в виде цилиндра, вдоль оси которого расположен
нитевидный катод. При приложении разности потенциалов (анодного напряжения U
а
) в кольцевом пространстве между
анодом и катодом создаётся радиально направленное электрическое поле, под действием сил которого электроны,
вылетающие из катода за счет термоэлектронной эмиссии, будут двигаться прямолинейно вдоль радиусов анода, и
миллиамперметр, включённый в анодную цепь, покажет определённое значение анодного тока
I
а
. Перпендикулярное
электрическому, а следовательно и скорости движения электронов, однородное магнитное поле получают, размещая лампу в
средней части соленоида таким образом, чтобы ось соленоида была параллельна оси цилиндрического анода. В этом случае,
при пропускании по обмотке соленоида тока
I
с
магнитное поле, возникающее в кольцевом пространстве между анодом и
катодом, искривляет прямолинейную траекторию движения электронов. По мере увеличения тока соленоида
I
с
и,
следовательно, величины магнитной индукции
B, радиус кривизны траектории движения электрона будет уменьшаться. Однако
при небольших значениях магнитной индукции
B все электроны, ранее достигавшие анода (при B = 0) будут по-прежнему
попадать на анод, а миллиамперметр фиксировать постоянное значение анодного тока
I
а
(рис. 1). При некотором так
называемом
критическом значении магнитной индукции (B
кр
), электроны будут двигаться по траекториям, касательным к
внутренней поверхности цилиндрического анода, т.е. уже перестанут достигать анод, что приводит к резкому уменьшению
анодного тока и его полному прекращению при значениях
B > B
кр
.
Вид идеальной зависимости
I
а
= ƒ(B), или так называемой сбросовой характеристики, показан на рис. 1 штрихпунктиром (а).
На этом же рисунке схематично показаны траектории движения электронов в пространстве между анодом и катодом при
различных значениях индукции магнитного поля.

Страницы