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

32 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

73310. Мошенничество как преступление 134.5 KB
  Характерной чертой мошенничества выделяющей его среди других видов преступлений против собственности является факт того, что собственник (либо другой владелец имущества), будучи введенным в заблуждение, по собственной воле передаёт мошеннику имущество (право на имущество)
73311. Организация финансовых результатов в ООО СФ «Жилпромстрой» 152.5 KB
  Учет, прогнозирование и планирование финансово-хозяйственной деятельности необходимы на любой стадии производствa. Любые ресурсы имеют свои ограничения и задача руководителя добиться максимального эффектa от их использования. Хозяйственные операции сопровождаются образованием и расходованием денежных средств, соотношение доходов и расходов организации определяют его финансовый результат.
73312. ВИДИ ПРАВ, СВОБОД І ОБОВЯЗКІВ ЛЮДИНИ І ГРОМАДЯНИНА. ЇХ СИСТЕМА В КОНСТИТУЦІЇ УКРАЇНИ 189 KB
  Дослідити ґенезу прав і свобод людини і громадянина на різних історичних етапах становлення держави; визначення поняття та змісту гарантій прав і свобод людини та громадянина; конкретизація ролі та місця держави, та органів державної влади щодо гарантування прав і свобод людини та громадянина; визначення сутності теоретичних засад гарантій прав і свобод людини та громадянина; проаналізувати концептуальні проблеми механізму реалізації права людини і громадянина в Україні...
73313. Основные задачи развития в период первой зрелости (молодости) 269 KB
  Основные задачи развития в период первой зрелости молодости. Обзор теорий развития психики отечественных и зарубежных психологов. Главной целью работы является выделить основные задачи развития как психологического так и социального.
73314. Чувство взрослости как центральное новообразование в структуре личности подростка 287.5 KB
  Исследование личности подростка в возрастной психологии Возрастная психология как область психологического знания. Новообразования и особенности развития личности подростка. Чувство взрослости как центральное новообразование в структуре личности подростка...
73315. Особенности агрессивных проявлений в раннем возрасте 410.5 KB
  Основные теоретические подходы к понятию агрессивности и агрессии. Типология агрессивного поведения у детей. Организация и методы исследования агрессивных проявлений у детей в раннем возрасте. Результаты собственного исследования агрессивных проявлений у детей в раннем возрасте.
73316. ВОСПРИЯТИЕ РЕКЛАМНОЙ ПРОДУКЦИИ (ТВ - РОЛИКОВ) ДЕТЬМИ ДОШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА 247 KB
  Реклама в мире бизнеса обрушивает на потребителей огромное количество информации. Психологическое воздействие рекламной информации проявляется в процессах переработки рекламных сообщений - эмоциях, мыслях, возможных решениях, обусловливающих конкретные поведенческие акты покупателя. Так или иначе, рекламный процесс оказываются вовлеченными феномены переработки информации - ощущения, восприятия, внимание, память.
73317. Биопленки, Методы изучения 324.5 KB
  Дальнейшее изучение механизмов формирования биопленки и ее функций открывает новые возможности для лечения и профилактики целого ряда заболеваний. Для того чтобы доказать присутствие именно биопленки а не других бактериальных структур используют разнообразные методические подходы направленные на обнаружение: элементов биопленочного внеклеточного матрикса...
73318. Застосування прогресивних технологій у сфері торгівлі 310 KB
  Інновації в оптовій торгівлі в основному обумовлені тенденціями розвитку оптового ринку такими як: глобалізація міжнародного бізнесу і ресурсні обмеження; висока швидкість матеріальних фінансових і інформаційних потоків; великі обсяги операцій; асортимент товарів що розширюється; складна територіально розгалужена структура філій складів і керуючих центрів; скорочення життєвих циклів товарів; прагнення роздрібну до зниження обсягів Тому в умовах модернізації економіки особливу значимість набувають прогресивні технології які повинні...