2513

Определение удельного заряда электрона магнетрона

Лабораторная работа

Физика

Непосредственное измерение массы электрона представляет значительные трудности ввиду ее малости. Легче определить удельный заряд электрона, т.е. отношение величины заряда к массе (е / m), а по величине заряда е и удельному заряду можно найти массу m электрона. Для определения е / m могут применяться различные методы. В данной работе применен метод магнетрона.

Русский

2013-01-06

153 KB

29 чел.

Дата Фамилия Группа

Лабораторная работа №34

I.Название работы:

Определение удельного заряда электрона магнетрона.

Цель работы:

Определение удельного заряда электрона методом магнетрона.

II.Краткое теоретическое обоснование:

Непосредственное измерение массы электрона представляет значительные трудности ввиду ее малости. Легче определить удельный заряд электрона, т.е. отношение величины заряда к массе (е / m), а по величине заряда е и удельному заряду можно найти массу m электрона. Для определения е / m могут применяться различные методы. В данной работе применен метод магнетрона.

Магнетрон представляет собой двухэлектродную лампу (диод) с цилиндрическим катодом и коаксиальным с ним цилиндрическим анодом (рис.1). Лампа помелена в однородное магнитное поле, силовые линии индукции  которого направлены параллельно образующим электродов.

Катод нагревается нитью накала и испускает электроны. Если к электродам подключить источник питания - к аноду плюс и к катоду минус, то в промежутке между электродами образуется электрическое поле, силовые линии напряженности которого будут направлены по радиусам от анода к катоду. Таким образом, магнитное и электрическое поля в магнетроне взаимно перпендикулярны.

Если магнитное поле отсутствует, то электроны под действием электрического поля движется прямолинейно по радиусам (рис. 2,а) и в анодной цепи возникает некоторый анодный ток, зависящий от анодного напряжения и тока накала. Если, не меняя анодного напряжения и тока накала, приложить небольшое магнитное поле в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа (рис.2,б) то под действием этого поля траектория электронов искривляется, но все электроны, в конечном счете, попадут на анод, и в анодной цепи будет протекать такой же анодный ток, как в отсутствие магнитного поля. По мере увеличения магнитного поля траектории электронов будут все больше искривляться, и при некотором значении , называемом критическим магнитным полемкр, траектории электронов будут касаться анода, и при дальнейшем движении электроны возвратятся на катод (рис.2, в).

Таким образом, при =кр анодный ток резко падает до нуля. При дальнейшем увеличении индукции магнитного полятраектории электронов будут еже больше искривляться (рис.2,г), и, следовательно, анодный ток будет оставаться равным нуле.

Зависимость анодного тока Iа от индукции магнитного поля при постоянном токе накала называется сбросовой характеристикой магнетрона,    вертикальный сброс анодного токе при =кр (рис.2, сплошная линия)      справедлив в предположении, что электроны повидают катод со скоростями   равными нулю. В реальных условиях электроны имеют разброс по тепловым скоростям, поэтому резкой сбросовой характеристики не получается, она имеет вид пунктирной кривой (рис.2).

На электрон движущийся в магнитном поле, действует сила Лоренца

где е − заряд электрона; − скорость электрона; − вектор магнитной индукции; знак минус показывает, что заряд электрона отрицательный. Если магнитное поле однородное ( = const) и скоростьперпендикулярна вектору, то сила Лоренца сообщает электрону постоянное нормальное ускорение, и электрон движется по окружности в плоскости перпендикулярной силовым линиям магнитного поля. Применив второй закон Ньютона, можно найти радиус окружности:

где m − масса электрона.

В магнетроне электроны движутся по более сложным траекториям, так как на них действуют как магнитные, так и электрические поля (рис.3)

В пространстве между катодом и анодом напряженность электрического поля такая же, как в цилиндрическом конденсаторе, следовательно

       (28)

где Ua − разность потенциалов между анодом и катодом ra и rk − радиусы анода и катода; r − расстояние от оси катода до исследуемой точки.

В магнетроне радиус, катода много меньше радиуса анода. При условии

rk << ra из формулы (28) следует, что напряженность поля Е1, максимальная у катода, с увеличением r быстро уменьшается. Поэтому основное изменение скорости электронов происходит вблизи катода, и при дальнейшем движении их скорость будет изменяться незначительно. Приближенно можно считать, что в этом случае электроны движутся в магнитном поле с постоянной по величине скоростью, и, следовательно, их траектории будут близки окружности. Предполагая, что траектория электрона при = кр − окружность, радиус которой R = ra / 2 , и используя (27), получаем:

Магнитное поле работы не совершает (Fл), поэтому кинетическая энергия электрона равна работе электрического поля, следовательно,

Из соотношений (29) и (30) получим:

III.Рабочие формулы и единицы измерения.

Вкр = к • Iкр

IV.Схема установки.

V.Измерительные приборы и принадлежности.

Прибор для определения удельного заряда электрона.

VI.Результаты измерения.

Ua1 = 200 v

N

Ic A

Ia мА

1

29

6

2

30

5

3

30

5

4

29

6

5

29

6

6

40

4

7

29

6

8

50

3

9

29

6

10

29

6

Ua2 = 320 v

N

Ic A

Ia мА

1

29

2,5

2

30

2,6

3

31

2,6

4

32

2,4

5

37

2,4

6

28

3,8

7

48

2,1

8

29

3,8

9

62

1,9

10

81

2,1

VII. Черновые записи и вычисления.

VIII. Основные выводы.

Определили удельный заряд электрона методом магнетрона.

IX. Графики.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

48513. ИСТОРИЯ ПОЛИТИЧЕСКИХ И ПРАВОВЫХ УЧЕНИЙ 702.5 KB
  Фрейд биологизирует уровни сознания личности вводя понятия оно я и сверх я. Существование личности человеческого сознания представляется ни чем иным как раскрытием сущности следовательно сущность первична и существованиевторично вариант идеализма. Психодинамика учение о реакциях сводится к тому что развитие индивидуума происходит в результате отделения стимулов от реакций кпониманию болезней как разных типов реакции личности отрицанию качественных различий между психикой здорового человека и психикой больного неврозом и...
48514. КОНСТРУКЦИЯ СУДОВЫХ ТУРБОМАШИН. ПРОТОЧНЫЕ ЧАСТИ ОСЕВЫХ ТУРБОМАШИН 731 KB
  Соплами называют направляющие лопатки активных ступеней. Часто фрезерованные сопловые лопатки 3 регулировочной ступени рис. Сопловые лопатки перегородки в таком кольце выполнены штампованными и залиты своими концами в чугунные наружную и внутреннюю обоймы.
48515. ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ ОДНОМЕРНОГО УСТАНОВИВШЕГОСЯ ТЕЧЕНИЯ 525 KB
  В одномерном установившемся течении все параметры потока зависят только от одной пространственной переменной. Наиболее строго уравнения одномерного течения записываются для элементарной струи параметры газа в которой изменяются только от перехода от одного сечения к другому. Если параметры меняются в пределах поперечного сечения струи то в уравнения вводят их средние значения. В случае когда нет трения и отсутствуют потери скорости и другим параметрам часто приписывают индекс t и называют их теоретическими.
48516. УГОЛОВНОЕ ПРАВО 614.5 KB
  Размер наказания за приготовление к преступлению не может превышать половины а за покушение трех четвертей максимального срока наказания предусмотренного соответствующей статьей Особенной части за оконченное преступление ч. Следовательно при определении опасного рецидива учитываются те же показатели что и при формировании понятия рецидива а также вид назначенного наказания категории преступлений и число ранее совершенных преступлений. Рецидив признается особо опасным при совершении лицом: а умышленного преступления за которое оно...
48517. Средневековая, религиозно-христианская философия 53.04 KB
  Особенно Платоновское учение о сверхъестественных сущностях Аристотелевская концепция Бога как перводвиготеля всего сущего учение о форме как организующей силе и Аристотелевская концепция Логоса стоическая теория судьбы с предопределенностью Бытия человека. Вера в существование реальности Бессмертия Бога и при определенных условиях – вера в бессмертие человека. А поскольку человек неизбежно вступает в отношения с Богом то и познание человека его сущности и его души отыскание истинного пути человека к Богу также входит в предмет и...
48518. Финансовый учет. Конспект лекций 2.88 MB
  ФИНАНСОВЫЙ УЧЕТ Конспект лекции Утверждено на заседании кафедры БУХГАЛТЕРСКОГО УЧЕТА Протокол № 13 от 20. Утверждено на заседании кафедры бухгалтерского учета. Финансовый учет. Излагаются основные вопросы учета денежных и расчетных операций предприятий; текущих и долгосрочных обязательств; собственного капитала и обеспечения обязательств; основных средств и нематериальных активов; инвестиций и прямых необоротных активов; запасов; труда и его оплаты; расходов основной деятельности и калькулирования себестоимости продукции; прочих...
48519. Органічні сполуки 291.2 KB
  Хімічні властивості: реакція горіння. CH4 O2 = CO2 H2O; при нагріванні метану до 1000С без доступу кисню відбувається реакція розкладу. CH4 = C H2; метан реагує з хлором відбувається реакція галогенування. реакція нітрування – взаємодія з азотною кислотою.
48520. ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ПРАВО 31 KB
  Основные понятия окружающей природной среды и экологии. Механизм природопользования и охраны окружающей природной среды. Понятие механизма природопользования и охраны окружающей природной среды. Структура механизма природопользования и охраны окружающей природной среды.
48521. Экономика недвижимости 737 KB
  Для эффективного ведения бизнеса предприниматель должен хорошо разбираться в вопросах экономики недвижимости. Предметом экономики недвижимости как научной дисциплины является изучение теории и практики проведения операций с недвижимостью а также изучение организации и функционирования хозяйственного механизма в этой области деятельности. Учебная дисциплина Экономика недвижимости преследует следующие цели: 1.