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

29 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

41257. Приклади практичних визначень методом нейтралізації 331 KB
  Визначення кальцинованої харчової та каустичної соди та їх сумішей. Визначення карбонатної твердості води. Титриметричне визначення кислотності рідких вуглеводневих палив. Це пов'язано з тим що така кислота летка і визначення її концентрації за густиною є неточним.
41258. Криві титрування та індикатори редоксометрії 102 KB
  Криві титрування та індикатори редоксометрії. План Криві титрування. Індикатори редоксометрії Криві титрування.
41259. Встановлення нормальності перманганату калію за вихідними речовинами 83.5 KB
  З рівняння видно що окиснювальний потенціал сильно залежить від рН розчину. В іншому випадку можливий перебіг побічних процесів наприклад: Для підкислення розчину застосовуеться звичайно сірчана кмслота оскільки HCl відновлюється перманганатом а азотна кислота сама здатна виступати як окисник що зрозуміло у кількісному аналізі неприпустимо. Приготування робочого розчину Як видно з рівняння реакції еквівалентна маса KMnO4 дорівнює Ми ділемо молярну масу на 5 у даному випадку тому що молярні маси еквівалентів в окисновідновних реакціях...
41260. Приготування та встановлення нормальності робочих розчинів йодометрії 92.5 KB
  Загальна характеристика методу Методи які базуються на виділенні або поглинанні йоду називаються йодометрією і займають особливе місце серед інших методів редоксометрії. Сильні відновники SnCl2 N3SO3 та інші визначають прямим титруванням робочим розчином йоду подібно перманганатометрії дихроматометрії тощо. До розчину окисника додають спочатку надлишок йодиду калію при цьому виділяється еквівалентна кількість йоду який відтиттровують тіосульфатом натрію. Деякою перепоною для широкого впровадження йодометрії при масових аналізах є...
41261. Комплексна функція електричного кола і частотні характеристики лінійних електричних кіл 247 KB
  Аналіз ланцюгів синусоїдального струму показує що амплітуди і початкові фази струмів у гілках і напруг на елементах ланцюга в загальному випадку залежать не тільки від схеми і параметрів її елементів не тільки від амплітуди і початкової фази коливань джерел що діють у ланцюзі але і від частоти цих коливань. Іншими словами характеристики процесів у ланцюгах істотно залежать від частоти. Визначаючи реакції одного і того ж ланцюга на гармонійні впливи з однаковими амплітудною і початковою фазою але різною частотою і порівнюючи них легко...
41262. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ ПРО ПЕРЕХІДНІ ПРОЦЕСИ В ЕЛЕКТРИЧНИХ ЛАНЦЮГАХ 255.5 KB
  Розрізняють два режими роботи ланцюга: сталий стаціонарний і несталий перехідний нестаціонарний. Несталим режимом або перехідним процесом у електричного ланцюга називають элекромагнитный процес що виникає у ланцюзі при переході від одного сталого режиму до іншого. Цей процес виникає в електричних ланцюгах при підключенні до них або відключенні від них джерел елект...
41263. Перехідні процеси в нерозгалужених колах першого порядку 190 KB
  Перехідні процеси у нерозгалужених ланцюгах першого порядку с джерелом постійної напруги Перехідні процеси в ланцюгах першого порядку з джерелом постійної напруги можуть виникнути як при підключенні джерела до ланцюга так і при стрибкоподібній зміні її чи схеми параметрів її елементів. Методику аналізу перехідних процесів що виникають у нерозгалуженому ланцюзі першого порядку при підключенні до неї джерела постійної напруги при нульових початкових умовах розглянемо на прикладі ланцюга r мал. На підставі другого закону...
41264. Аналіз проходження сигналів через лінійні електричні кола методом інтегралу Дюамеля 116.5 KB
  При малій тривалості Δτ реакція ланцюга на кожен імпульс fвх kt відповідно до формули 18.3 визначається за допомогою її імпульсної характеристики як добуток: fвых kt= tτSиk = tτ fвх τΔτ.8 Реакцію ланцюга на вплив fвх t відповідно до принципу накладення: знайдемо як суму реакцій fвых kt n τ=nΔt fвых t= Σ fвых kt= Σ fвхτtτΔτ.9 k=0 τ=0...
41265. Операторні передавальні функції 180.5 KB
  Операторной передатною функцією лінійного електричного ланцюга ДОр називають відношення зображення вихідної величини Xρ до зображення вхідної величини Fp при нульових початкових умовах: дор=Xρ Fρ.23...