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

26014. Понятие дисциплины обслуживания. Основные классы 14.6 KB
  Дисциплина ожидания определяет порядок приема заявок в систему и размещения их в очереди дисциплина обслуживания порядок выбора заявок из очереди для назначения на обслуживание. Возможны следующие бесприоритетные дисциплины обслуживания то есть правила выборки заявки из очереди при необходимости назначения на обслуживание: выбирается первая в очереди заявка дисциплина первым пришел первым вышел FIFO First Input First Output; выбирается последняя в очереди заявка дисциплина последним пришел первым...
26015. Классификация бесприоритетных дисциплин обслуживания 13.11 KB
  Возможны следующие бесприоритетные дисциплины обслуживания то есть правила выборки заявки из очереди при необходимости назначения на обслуживание: выбирается первая в очереди заявка дисциплина первым пришел первым вышел FIFO First Input First Output; выбирается последняя в очереди заявка дисциплина последним пришел первым вышел LIFO Last Input First Output; заявка выбирается из очереди случайным образом.
26016. Классификация приоритетных дисциплин обслуживания 13.39 KB
  В приоритетных дисциплинах обслуживания заявкам некоторых типов представляется преимущественное право на обслуживание перед заявками других типов называемое приоритетом. Относительные приоритеты учитываются только в момент назначения заявки на обслуживание. При освобождении канала обслуживания сравниваются приоритеты заявок находящихся в очереди в состоянии ожидания и обслуживание предоставляется заявке с наибольшим приоритетом после чего выбранная заявка захватывает канал обслуживания. Обслуживание...
26017. СМО с отказами и полной взаимопомощью для массовых потоков. Граф, система уравнений, расчетные соотношения 35.4 KB
  На систему обслуживания имеющую n каналов обслуживания поступает пуассоновский поток заявок с интенсивностью λ. Интенсивность обслуживания заявки каждым каналом . После окончания обслуживания все каналы освобождаются. Поведение такой системы массового обслуживания можно описать Марковским случайным процессом t представляющим собой число заявок находящихся в системе.
26018. Определение Пуассоновского потока. Свойства 60.41 KB
  Определение Пуассоновского потока. Пуассоновский поток это ординарный поток без последействия. Классической моделью трафика в информационных сетях является Пуассоновский простейший поток. Он характеризуется набором вероятностей Pk поступления k сообщений за временной интервал t: где k=01 число сообщений; λ интенсивность потока.
26019. Общее понятие СМО. Основные составляющие модели 32.32 KB
  Система массового обслуживания СМО система которая производит обслуживание поступающих в нее требований. В зависимости от наличия возможности ожидания поступающими требованиями начала обслуживания СМО подразделяются на: системы с потерями в которых требования не нашедшие в момент поступления ни одного свободного прибора теряются; системы с ожиданием в которых имеется накопитель бесконечной ёмкости для буферизации поступивших требований при этом ожидающие требования образуют очередь; системы с накопителем конечной емкости...
26020. Классификация СМО 34.33 KB
  Эти ограничения могут касаться длины очереди числа заявок одновременно находящихся в очереди времени пребывания заявки в очереди после какогото срока пребывания в очереди заявка покидает очередь и уходит общего времени пребывания заявки в СМО и т. Например для СМО с отказами одной из важнейших характеристик ее продуктивности является так называемая абсолютная пропускная способность среднее число заявок которое может обслужить система за единицу времени. Наряду с абсолютной часто рассматривается относительная пропускная способность...
26021. Понятие систем обслуживания. Классификация 15.7 KB
  При исследовании операций очень часто приходиться сталкиваться с анализом работы своеобразных систем называемых системами массового обслуживания СМО. Каждая СМО состоит из какогото числа обслуживающих единиц которые называются каналами обслуживания. Всякая СМО предназначена для обслуживания какогото потока заявок поступающих в какието случайные моменты времени. Случайный характер потока заявок и времен обслуживания приводит к тому что в какието периоды времени на входе СМО скапливается излишне большое число заявок они либо...
26022. Понятие дисциплины обслуживания. Классификация 15.64 KB
  Понятие дисциплины обслуживания. Дисциплины постановки в очередь и выбора из нее определяют порядок постановки требований в очередь если заняты устройства обслуживания и порядок выбора из очереди если освобождается обслуживающее устройство. Правила обслуживания характеризуются длительностью обслуживания распределением времени обслуживания количеством требований которые обслуживаются одновременно и дисциплиной обслуживания. Время обслуживания бывает детерминированным или заданным вероятностным законом распределения.