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

82056. ПОГОВОРИМО ПРО АСТРОНОМІЮ 83.5 KB
  Познайомити учнів з новою наукою про природу - астрономію. її розділи; сформувати уяву про походження і розвиток цій науки; розвинути зацікавленість у вивченні цієї науки та спостереженні за космічними об’єктами; вміння користуватися додатковою літературою; виковувати гордість за досягнення...
82057. Тато, мама і я – дружна сім’я 59.5 KB
  Будем разом відзначати і родину шанувати. Не забути рідну мову батька щирий заповіт мами ніжну колискову що нас вивела у світ. Пісня колискова для мами Колискові вечорами нам співали наші мами а тепер пора і нам заспівать про наших мам. Радість маєш чи тривогу серце мами разом з нами.
82058. Сім’я буде щасливою коли… 155.5 KB
  На світ білому єдине, Як і Дніпрова течія, Домашнє вогнище родинне, Оселя наша і сім’я. В щасливі і в сумні години, Куди б нам не стелився шлях, Не згасне вогнище родинне В людських запалених серцях. (Д. Білоус) Тематичні питання: Які люди, що допомагають іншим, найважливіші? Чи важливо знати історію свого роду?
82060. Вертайтеся додому, журавлі! 79.5 KB
  Краю мій, мій рідний краю! Який ти безмежний, мальовничий, багатий на звичаї та обряди і водночас скільки випало на твою долю випробувань і страждань. Скільки людей змушені були покинути тебе у пошуках кращої долі. Одними із перших стали мешканці Небилова, які у далекому 1891 полинули як ті журавлі за океанські води.
82061. Вплив антропогенних факторів на репродуктивну функцію людини 173.5 KB
  Цілі: Узагальнити знання учнів про індивідуальний розвиток організму його залежність від умов зовнішнього середовища; виховувати почуття відповідальності за власне здоров’я та здоров’я майбутніх дітей; формувати навички здорового способу життя; сприяти екологічному вихованню учнів...
82062. Я єсть народ… Двомовна музично-поетична композиція, присвячена 65 річниці визволення України від німецько-фашистських загарбників 75.5 KB
  Славним ветеранам Великой Отечественной, выстоявшим, победившим, подаривши миру жизнь и счастье, посвящается. Досі ще не визнаним ветеранам Великої Вітчизняної, бійцям Української повстанської армії, що боролись за щастя рідної землі...
82064. За мир у всьому світі – це значить за життя! (до 66 річниці з Дня Перемоги) 34.5 KB
  Мета заходу: Оглянути героїчні, бойові сторінки історії життя нашого народу в боротьбі за свободу і незалежність. Акцентувати увагу учнів на розкриття великого подвигу народу у Великій Вітчизняній війні, бо без пам’яті про тих, хто приніс нам довгоочікувану Перемогу, відстоявши мир на землі, не може бути щасливого майбутнього.