Определение удельного заряда методом магнетрона
Определение в скрещенных электрическом и магнитном полях может быть выполнено также с помощью двухэлектродного прибора – электровакуумного диода, помещённого в магнитное поле. Этот метод известен в физике, как метод магнетрона. Используемая в диоде конфигурация электрического и магнитного полей идентична конфигурации этих полей в магнетронах. Магнетроны – это приборы, используемых для генерации электромагнитных колебаний в СВЧ – области частот. С этим и связано название метода.
Между цилиндрическим анодом А и цилиндрическим катодом К (рис. 8,а), расположенным вдоль анода, приложена некоторая разность потенциалов U, создающая электрическое поле Е, направленное по радиусу от анода к катоду. В отсутствие магнитного поля (В = 0) электроны движутся прямолинейно от катода к аноду (рис.8,б).
При наложении слабого магнитного поля, направление которого параллельно оси электродов, траектория электронов искривляется под действием силы Лоренца, но они достигают анода (рис.8,б). При некотором критическом значении индукции магнитного поля траектория электронов искривляется настолько, что в момент достижения электронами анода вектор их скорости направлен по касательной к аноду. И, наконец, при более сильном магнитном поле радиус кривизны траектории оказывается меньше половины радиуса анода и электроны не попадают на анод, а возвращаются к катоду. При этом ток через диод резко падает (рис. 9). Соответственно, согласно (13), радиус анода и критическая индукция связаны между собой следующим образом:
(20 )
Значение не является постоянной величиной для данного прибора и зависит от величины приложенной между анодом и катодом разности потенциалов.
Точный расчет траектории движения электронов в магнетроне сложен, так как электрон движется в неоднородном радиальном электрическом поле. Однако, если радиус катода много меньше радиуса анода, электрическое поле наиболее сильно только вблизи катода и электроны набирают основную часть скорости в этой области, а основную часть траектории проходит с примерно постоянной по модулю скоростью.
| а | б |
| Рис. 8. |
| Рис. 9 |
Величину скорости электронов можно определить из условия, что их кинетическая энергия равна работе сил электрического поля:
Подставив значение v из (21) в (20), получим выражение для расчета удельного заряда электрона.
(22)
Таким образом, для определения удельного заряда электрона методом магнетрона достаточно измерить анодную разность потенциалов U, критическое значение индукции магнитного поля Bкр и радиус анода b.