Лабораторна робота № 2-8

Лабораторна робота № 2-8

Знаходження питомого заряду для електрона

Мета роботи: Ознайомитися з принципом дії магнетрону, знайти питомий заряд електрону.

Обладнання: лабораторна установка, амперметр, вольтметр, міліамперметр.

Теоретичні відомості

Питомий заряд електрону, або відношення заряду до маси () , є важливою квантовою характеристикою цієї частинки. Варто зауважити, що механічний () та магнітний () моменти електрону під час його руху навколо ядра пов'язані саме через питомий заряд:

(1)

В магнітному полі на електрон, що рухається зі швидкістю , діє сила Лоренца, яка дорівнює :

(2)

Де -вектор імпульс електрону, а -вектор індукції магнітного поля.

Під дією цієї сили електрон рухається по дузі кола з радіусом , який дорівнює:

(3)

Припустимо, що електрон рухається у вакуумній лампі від циліндричного катоду (радіуса ) до циліндричного аноду (радіус ), так як це показано на малюнкові 1. Тоді у відсутності магнітного поля модуль імпульсу електрона дорівнюватиме :

(4)

де - напруга між анодом та катодом. Радіус дуги кола, по якому рухається електрон в магнітному полі, дорівнюватиме:

(5)

Як видно з малюнку 1, (випадок 3 ) при певному критичному магнітному поля , радіус дуги може стати рівним критичному радіусу:

(6)

Тоді більшість електронів взагалі перестануть потрапляти на анод а анодний струм повинен різко впасти.

Критичне магнітне поле ( "поле відсічки " ) дорівнює :

(7)

Таке поле можна створити, умістивши нашу вакуумну лампу в соленоїд, який матиме на одиницю довжини витків, і по якому тече струм . Де - кількість витків та довжина соленоїда. В такому разі маємо:

(8)

Де Гн/м – магнітна стала. Вирішуючи рівняння (6) відносно питомого заряду, маємо остаточну розрахункову формулу у вигляді:

(9)

Ефект різкого падіння анодного струму в залежності від струму через соленоїд має назву магнетронного.

Опис експериментальної установки

Лабораторна установка дозволяє досліджувати характер руху потоку електронів під дією електричного та магнітного полів.

Установка виконана у вигляді окремого блоку, принципову схему якого наведено на малюнку 3. Вона складається з наступних елементів:

ü Вакуумного діоду 6Е5С, навколо якого розміщена котушка соленоїда С;

ü Випрямлячів ВД1 для живлення соленоїду постійним струмом та ВД2 для створення постійного електричного поля між анодом (А) та катодом (К) вакуумного діоду;

ü Реостатів R1, призначеного для зміни величини струму соленоїда, та R2, який регулює величину анодної напруги вакуумного діоду;

ü Вимірювальних приладів:

§ Амперметра А для вимірювання струму соленоїда

§ Вольтметра V для вимірювання анодної напруги діода

§ Міліамперметра mA для вимірювання анодного струму діоду

ü Ключів

§ К1 для подачі на установку напруги мережі 220В

§ К2 для подачі анодної напруги на діод

§ К3 для подачі живлення на соленоїд

ü Трансформатора Тр для подачі певних напруг на випрямлячі ВД1 та ВД2 та напруги розжарення катода вакуумного діоду.

Параметри приладів:

§ кількість витків соленоїда

§ довжина соленоїда м

§ радіус катода діода 6Е5С м

§ радіус аноду м

Порядок виконання роботи :

1. З’ясувати розташування та призначення функціональних елементів лабораторної установки.

2. Ввімкнути установку в мережу та ключем К1 подати напругу на трансформатор Тр.

3. Ввімкнути ключ К2 та за допомогою R2 за вольтметром V встановити анодну напругу на діоді 40В.

4. Ввімкнути ключ К3 для подання живлення на соленоїд С та, змінюючи струм соленоїда від мінімального до 1,6 А через кожні 0,1 А, зняти залежність анодного струму діоду Іа від струму соленоїду Іс.

5. Результати вимірювань занести в таблицю:

Обробка результатів

Побудуйте графік залежності . Значення критичного струму визначається екстраполяцією лінійної ділянки побудованого графіку до перетинання з віссю абсцис, як це показано на мал.2.

Контрольні запитання

1. Поясніть особливості сили Лоренца.

2. Сформулюйте закон Біо-Савара-Лапласа.

3. Чому дорівнюють магнітні поля витка із струмом? Соленоїда?

4. Пояснити форму отриманої залежності струму анода від струму соленоїда .

5. Як рухається заряджена частинка в магнітному полі? Пояснити залежність траєкторії руху зарядженої частинки від її властивостей та характеру поля.

Рекомендована література

1. Кучерук І. М., Горбачу І. Т. Загальна фізика: Електрика і магнетизм: Підручник. – К.: Вища шк., 1995. С.215-293.

2. Загальні основи фізики: У двох книгах. Кн.2. Електродинаміка. Атомна та субатомна фізика: Навч. посібник/ За ред. , . – К.: Либідь, 1998. – С.52-63.

3. , , Півень фізики: Навч. посібник: У 2 кн. Кн..1. Фізичні основи механіки. Електрика і магнетизм. – К.: Либідь, 2001. С.329-363.

4. Зачек І. Р., Кравчук І. М. та ін. Курс фізики: навчальний підручник. – Львів: Видавництво “Бескид Біт”, 2002. С.144-160.

©2004