Описание установки для определения удельного заряда электрона методом магнетрона

Электрическая схема установки приведена на рис. 10. Электровакуумный диод Д с цилиндрическим анодом помещается внутрь длинного соленоида L, создающего магнитное поле при прохождении тока через него. Между анодом и катодом приложена разность потенциалов, измеряемая вольтметром V. Анодный ток через диод измеряется миллиамперметром mA.

L D

U_C U_c

U_а

R_н I_а R_а

Рис. 10

Катушка соленоида питается от источника постоянного тока U_C. В цепи соленоида имеется также амперметр А для измерения тока через соленоид I_с. Катод лампы питается от источника постоянного тока U_Н.

Для определения между анодом и катодом прилагается некоторая разность потенциалов U_a и снимается зависимость анодного тока от тока соленоида . Так как индукция магнитного поля прямо пропорциональна току I_с, протекающему через соленоид, то график зависимости идентичен графику зависимости , представленному на рис. 9.

При некотором значении при заданном U ток через диод должен резко спадать до нуля. Это изображено пунктирной линией на рис. 9.

Это справедливо, если начальная скорость всех электронов одинакова. На самом деле электроны, испускаемые катодом, обладают различными начальными скоростями. Поэтому критические условия достигаются для различных электронов при несколько различающихся значениях B. Кроме того, магнитное поле не является однородным. Оно уменьшается по мере удаления от центра соленоида вдоль прямой, параллельной оси. Вследствие этого одно и то же значение индукции достигается в различных точках внутри диода при несколько различающихся значениях тока I_с, протекающего через соленоид. Соответственно, критические условия достигаются в различных плоскостях, перпендикулярных оси диода, при несколько различающихся значениях I_с. Поэтому при росте тока через соленоид анодный ток уменьшается не резко, а плавно (сплошные линии на рис. 9). В качестве критического тока I_кр, по которому определяется В_кр, принимают значение тока соленоида, соответствующее точке перегиба в зависимости I_a от I_с.

Из полученной по экспериментальным данным зависимости определяется величина критического тока , соответствующая перегибу на графике. Затем определяется величина В_кр по формуле для магнитного поля соленоида:

(23)

где – магнитная проницаемость вакуума; n – число витков обмотки соленоида на единицу его длины; – ток через обмотку соленоида, при котором наблюдается точка перегиба в зависимости тока I_a от тока, протекающего через соленоид; k–коэффициент, учитывающий отличие магнитного поля реального соленоида от поля бесконечного соленоида.

Далее по формуле (22) рассчитывается величина удельного заряда электрона.

Задание

1. Снять зависимость анодного тока диода I_a от величины тока I_c, протекающего через соленоид, для трех значений анодных напряжений U_a и построить три графика зависимости I_a = f(I_c).

2. По точкам перегиба кривых определить значения I_кр, соответствующие критическим значениям вектора магнитной индукции для каждого из трех указанных анодных напряжений.

3. Рассчитать значения В_кр для указанных значений U_a

4. Рассчитать значение удельного заряда электрона для указанных значений U_a. Результаты внести в таблицу 1.

Контрольные вопросы

1. В каком случае действует сила Лоренца?

2. Какими величинами определяется отклонение электрона в электрическом (магнитном) поле?

3. По какой траектории движется электрон, влетающий в магнитное поле?

4. По какой траектории движется электрон в однородном электрическом поле?

5. В чем заключается принцип магнитной фокусировки электронного пучка?

6. В чем заключается метод Томсона для определения удельного заряда электрона.

7. В чем заключается метод магнетрона для определения удельного заряда электрона?

Литература

1. Савельев И.В. Курс общей физики, т. 2. – М.: Наука, 1987, с. 208 – 221.

2. Савельев И.В. Курс физики, т .2. – М.: Наука, 1989, с. – .

3. Наркевич И.И. Физика: Учеб./ И.И. Наркевич, Э.И. Волмянский, С.И. Лобко. –Мн.: Новое знание, 2004, с. 355 – 365.

4. Трофимова Т.И. Курс физики: учеб. пособие для вузов. /Т.И. Трофимова. – М.: ВШ, 2007, с. 209 – 213.

5. Калашников С.И. Электричество. – М.: Наука, 1977, c. 435-451.

6. Руководство к лабораторным занятиям по физике./Под ред. Л.А.Гальперина. – М.: Наука, I978, с 230-239 с.