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

24833. Василий Перов 275 KB
  Голод холод нужда вот что ожидало большую часть детей. Во многих семьях детей попросту не могли прокормить даже если ребята трудились наравне со взрослыми. На самом деле многие мастеровые нагружали детей таким адским трудом что они просто не выживали болели и умирали от адской работы. Раннее морозное утро город покрыт густым серым туманом по снежной улице трое изможденных детей тянут на санях бочку с водой .
24834. Влади́мир Его́рович Мако́вский 186.5 KB
  Его отец Егор Иванович Маковский человек умный образованный и богато одаренный на свои скромные средства он служил бухгалтером Экспедиции Кремлевских строений составил значительное собрание редких высокохудожественных гравюр и картин. Маковский затронул и показал жизнь почти всех социальных групп и сословий России.
24835. Земство обедает 1.14 MB
  Художник показывает неравноправное положение членов земской управы простым сюжетным ходом земство обедает соответственно своему социальному положению.
24836. «Иван Грозный и его сын Иван», 1883- 1885, 371 KB
  Обезумевший от гнева старик ударил тяжелым жезлом своего сына в висок. Другою рукою прижимает он сына к себе и целует его испачкав свое лицо в кровь. Кстати лицо сына Репин писал с писателя Гаршина лицо которого по мнению живописца выражало безропотную обреченность и великую жертвенность. Мы видим безумные глаза Грозного волосы вставшие от ужаса дыбом судорожно обнимающие тело сына руки.
24837. Илья Ефимович Репин 166 KB
  К 1863 году Репин мечтавший об Академии художеств отправился в Петербург. После недолгого пребывания в школе рисования Репин был принят в январе 1864 года в Академию художеств вольнослушателем. Окончание Академии художеств с золотой медалью дало право Репину как пенсионеру Академии уехать за границу совершенствовать своё живописное мастерство.
24838. Городские сети (или сети мегаполисов) - Metropolitan Area Networks (MAN) 14.17 KB
  Эти сети появились сравнительно недавно. В то время как локальные сети наилучшим образом подходят для разделения ресурсов на коротких расстояниях и широковещательных передач а глобальные сети обеспечивают работу на больших расстояниях но с ограниченной скоростью и небогатым набором услуг сети мегаполисов занимают некоторое промежуточное положение. Эти сети первоначально были разработаны для передачи данных но сейчас они поддерживают и такие услуги как видеоконференции и интегральную передачу голоса и текста.
24840. Основные отличия локальных сетей от глобальных 17.98 KB
  Так как в последнее время эти отличия становятся все менее заметными то будем считать что в данном разделе мы рассматриваем сети конца 80х годов когда эти отличия проявлялись весьма отчетливо а современные тенденции сближения технологий локальных и глобальных сетей будут рассмотрены в следующем разделе. Класс локальных вычислительных сетей по определению отличается от класса глобальных сетей небольшим расстоянием между узлами сети. Это в принципе делает возможным использование в локальных сетях качественных линий связи: коаксиального...
24841. Сети отделов 27.32 KB
  Главной целью сети отдела является разделение локальных ресурсов таких как приложения данные лазерные принтеры и модемы. Обычно сети отделов имеют один или два файловых сервера и не более тридцати пользователей рис. Сети отделов обычно не разделяются на подсети.