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

30 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

55985. Наша дума, наша пісня не вмре, не загине… 504 KB
  Важко,через сніги і морози, пробивається цього року весна. Але знаменна вона тим, в березневі дні народився геніальний співець і пророк нації Т. Шевченко. Він не просто поет, він – Пророк і Учитель.
55986. Свіча Шевченкова горить… 13.39 MB
  Мета заходу: викликати у студентів інтерес до постаті Великого Кобзаря; виховувати почуття патріотизму, національної гордості за свій народ і його видатних людей Звучить мелодія кобзи. Звук стихає, під тихий звук кобзи ведучі, одягнені в українські вишиванки – хлопець і дівчина студенти.
55987. Наша дума, наша пісня не вмре, не загине! 68.82 KB
  В похилій хаті край Над ставом чистим і прозорим Життя Тарасику дала Кріпачка мати вбита горем. Ведучий: Скільки тих шляхів на світі і куди вони всі ведуть Увечері сяде дід на призьбі малий Тарас коло нього показує дід на темне небо на зорі.
55988. Тарас Григорович Шевченко в англомовному світі 113.5 KB
  Англійська мова якою зараз говорять і яку розуміють на всіх континентах представила Шевченка для світової читацької громади найбільше. Майже всі поезії Шевченка відтворюють англійською мовою.
55989. Мій улюблений письменник Т.Г. Шевченко. Українські і британські письменники 46 KB
  Мета: Повторити і систематизувати знання учнів про деякі біографічні факти письменників, їх творчої спадщини; сприяти запамятовуванню вживання Passive Voice; перевірити знання учнів лексичного запасу з даної теми, розвивати вміння виконувати лексичні операції
55990. Стародавній Схід: далекий і близький 39.5 KB
  Навчальна мета: поглибити, узагальнити знання з теми. Засобом змагань викликати інтерес до творчої пошукової роботи; поєднати минуле і сучасне; навчити практично використовувати набуті знання у подальшому житті.
55991. Сценарій двомовного свята: «Лісова школа. Абетка» 53 KB
  Ні Лиско Петрівно, ці дітки особливі і вкрай талановиті. Я зараховую їх до нас в «Лісову школу». А за свою роботу та чудовий виступ пропоную нагородити їх подяками. По завершенню ведучі...
55992. Научно-исследовательская деятельность в школе 131.5 KB
  Сторонники исследовательского обучения отмечают учебный процесс в идеале должен моделировать процесс научного исследования поиска новых знаний Исследовательская деятельность учащихся является формой образовательного процесса...