42435

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ДВИЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОНА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ И МАГНИТНОМ ПОЛЯХ

Лабораторная работа

Физика

Начальные скорости электронов эмиссии различны. Это сказывается на характере спада анодного тока. Из-за неодинаковости начальных скоростей электронов радиусы кривизны их траекторий при одних и тех же величинах индукции магнитного поля различны. Поэтому резкий спад анодного тока происходит не при одном значении, а в достаточно широком интервале значений магнитной индукции.

Русский

2013-10-29

279.5 KB

31 чел.

PAGE  5

Московский государственный университет

путей сообщения РФ (МИИТ)

Кафедра «Физика-2»

Институт, группа ИСУТЭ АЭЛ-141  К работе допущен____________________

        (Дата, подпись преподавателя)

Студент       Касимова Р.Г.        Работа выполнена___________________

 (ФИО студента)      (Дата, подпись преподавателя)

Преподаватель                          Отчёт принят_______________________          (Дата, подпись преподавателя)

ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №22

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ДВИЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОНА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ И МАГНИТНОМ ПОЛЯХ

  1.  Цель работы:

 Определение опытным и расчетным путем индукции магнитного поля на оси соленоида с помощью законов движения электрона в электрическом и магнитном полях.

2. Принципиальная схема установки (или её главных узлов):

                       Анод

    Подписи к рис. 2.

                                                          С - соленоид, служащий для создания магнитного поля;

А - амперметр - для измерения тока соленоида;

Va- вольтметр - для измерения анодного напряжения;

П - потенциометр - для регулирования анодного напряжения;

мА - миллиамперметр - для измерения анодного тока лампы 

           Рис. 1

Рис.2
3. Основные теоретические положения к данной работе
(основополагающие утверждения: формулы, схематические рисунки):

Данная работа посвящена изучению движения электронов, которое происходит в кольцевом пространстве, заключенном между катодом и анодом электровакуумного диода. Катод лампы, имеющий форму длинной нити, располагается вдоль оси цилиндрического анода, так что электрическое поле между анодом и катодом имеет радиальный характер.

Лампа помещается внутри соленоида, создающего однородное магнитное поле, параллельное оси анода. При этом между анодом и катодом вектор индукции магнитного поля перпендикулярен вектору напряженности электрического поля.

В отсутствие внешнего магнитного поля (B=0) электроны движутся к аноду по радиусам. Под действием магнитного поля траектории искривляются, при этом радиусы кривизны траектории зависят от их скорости. В слабом магнитном поле это искривление незначительно, электроны попадают на анод, и анодный ток имеет такое же значение, как и в отсутствие магнитного поля. При некотором критическом значении индукции магнитного поля В траектории электронов касаются поверхности анода, анодный ток резко падает. При В>Вkp электроны нe достигают анода и ток через лампу прекращается.

Как видно из рисунка, каждая из трaекторий электрона имеет непостоянную кривизну, что обусловлено его движением от катода к аноду с переменной скоростью.

Начальные скорости электронов эмиссии различны. Это сказывается на характере спада анодного тока. Из-за неодинаковости начальных скоростей электронов радиусы кривизны их траекторий при одних и тех же величинах индукции магнитного поля различны. Поэтому резкий спад анодного тока происходит не при одном значении, а в достаточно широком интервале значений магнитной индукции. Сглаживание кривой, изображающей зависимость анодного тока от величины магнитной индукции, может быть вызвано также неполной коаксиальностью анода и катода и неточностью ориентирования внешнего магнитного поля относительно оси катода.

Эксперимент заключается в том, что при заданном напряжении между анодом и катодом лампы фиксируется ее анодный ток при различных значениях индукции магнитного поля на оси соленоида. Результаты этих измерений позволяют определить критическое значение магнитной индукции, при котором величина анодного тока резко падает.

Считая соленоид бесконечно длинным, можно полагать, что величина индукции магнитного поля в соленоиде B прямо пропорциональна силе тока Ic текущего в его обмотке,

                                          

(1)

где К - коэффициент, зависящий от конструкции соленоида. Тогда из графика зависимости Ia=f(Ic) определяется значение тока соленоида, соответствующего критическому режиму Ic kp, а затем из формулы (1) вычисляется значение Bkp (коэффициент К указан на стенде).

Значение Вkp, можно получить и расчетным путем. На электрон, движущийся в однородном магнитном поле, действует сила Лоренца:

(2)

модуль которой

 

(3)

где е - модуль заряда, V - скорость электрона, В - индукция магнитного поля, α - угол между направлениями векторов V и В.

В рассматриваемом случае векторы V  и В взаимно перпендикулярны и величина силы Лоренца равна

(4)

Будучи перпендикулярной вектору скорости электрона в любой точке траектории, эта сила является центростремительной. Тогда уравнение движения электрона имеет вид

(5)

где    m - масса 'электрона,

         r - радиус кривизны его траектории.


Из формулы (5) следует, что

(6)

В критическом режиме радиус кривизны траектории электрона приближенно можно считать равным половине радиуса анода

(7)

При движении электрона между анодом и катодом лампы электрическое электрическое поле совершает работу, которая идет на увеличение кинетической энергии электрона. Пренебрегая начальными скоростями электронов, имеем

(8)

где  Uа - анодное напряжение.

Тогда, учитывая соотношения (1), (6)-(8), получаем следующее выражение для вычисления критического значения индукции магнитного поля

 (9)

Эта величина сравнивается со значением Вкр, полученным экспериментально, и по их совпадению судят о правильности выбранных исходных положений, использованных для описания движения электронов во взаимноперпендикулярных электрическом и магнитном полях, а также о работоспособности экспериментальной установки.


4. Таблицы и графики

Таблица 1. Результаты измерений.

Ua1

Ua2

Ua3

Ic,A

Ic,A

Ic,A

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Таблица 2. Результаты вычислений.

 

Эксперементальные

Теоретические

Ua (B)

Ic кр (A)

Вкр (Тл)

Ic кр (A)

Вкр (Тл)


EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

3668. Процедури і функції — методи класу 64 KB
  Процедури і функції — методи класу Історично першим способом структуризації програм в мовах програмування високого рівня було використання процедур і функцій — щодо самостійних фрагментів програм, оформлених особливим чином і забезпечених ...
3669. Файли і сериалізація об'єктів 160 KB
  NET Framework часто виникають дві в загальному випадку схожі завдання: зберегти (прочитати) вміст даних (файлу) і зберегти (прочитати) поточне полягання об'єкту у файлі або в таблиці бази даних. Не дивлячись на безперечну схожість вказаних завдань, в рамках...
3670. Робота з класами та файлами 1.27 MB
  Робота з файлами Клас Environment Клас Environment дозволяє одержати інформацію про оточення програми (поточний каталог, версія Windows і т.п.) через свої статичні члени. Приклад використання цього класу...
3671. Елементи автоматизації технологічних розрахунків 132 KB
  Елементи автоматизації технологічних розрахунків В модулі надано приклад математичних моделей, які використовуються при вирішення задач по розрахунку режимів різання. Завдання по темі: розробити і від тестувати програми , які реалізують наведена ...
3672. Алгоритми сортування в одновимірних масивах 42.5 KB
  Алгоритми сортування в одновимірних масивах Найпростіше завдання сортування полягає в упорядкуванні елементів масиву по зростанню або убуванню. Іншим завданням є впорядкування елементів масиву відповідно до деякого критерію. Звичайно як такий критер...
3673. Алгоритми пошуку в одновимірних масивах 40.5 KB
  Алгоритми пошуку в одновимірних масивах Алгоритми пошуку застосовуються для знаходження, наприклад, у масиві елемента з потрібними властивостями. Звичайно розрізняють постановки завдання пошуку для першого й останнього входження елемента. В усіх ниж...
3674. Аналіз позакласних виховних заходів 29 KB
  Аналіз позакласних виховних заходів Важлива роль у вихованні студентів, розширенні і поглибленні їхніх знань, розвиткові творчих здібностей належить спеціально організованій в Рівненському музичному училищі виховній роботі у позанавчальний час. Поза...
3675. Загальне мовознавство Конспект лекцій 147 KB
  ЛЕКЦІЯ № 1 ВСТУП МЕТА: з’ясувати суть, мету, предмет і об’єкт загального мовознавства, його роль і місце в лінгвістичній освіті. ПЛАН 1. Мета, завдання курсу "Загальне мовознавство". 2. Місце серед інших лінгвістичних дисциплін. 3. Загальн...
3676. ЕП системи наведення з керуванням на основі програмованого логічного контролера VIPA-100. 5.95 MB
  За темою бакалаврської кваліфікаційної роботи мною був розроблений і виготовлений стенд з електромашинним агрегатом для дослідження ЕП системи наведення з керуванням на основі програмованого логічного контролера VIPA-100. Промисловий контролер...