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

22 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

10475. Краткая теория PHP и введение в базы данных на примере Mysql 2.93 MB
  Краткая теория PHP и введение в базы данных на примере Mysql Введение Цель: Сайт с помощью PHP блоков можно собирать как конструктор и за счет блоков можно изменить любую информацию на сайте созданном с помощью PHP сразу на всех его страницах. Вся информация сайта
10476. Метан - найпростіша органічна сполука, його склад, електронна й структурна формули, тетраедрична будова молекули. Фізичні властивості, поширення в природі 806 KB
  Тема. Метан найпростіша органічна сполука його склад електронна й структурна формули тетраедрична будова молекули. Фізичні властивості поширення в природі Навчальна мета уроку: через систему пізнавальних завдань сформувати знання про склад будову метану його фіз
10477. Мило, його склад, мийна дія. Синтетичні мийні засоби 70.5 KB
  Тема: Мило його склад мийна дія. Синтетичні мийні засоби. Мета: навчальна: сформувати уявлення про склад мила і мийних засобів їх мийну дію порівняти властивості мила і мийних засобів; закріпити знання про властивості карбонових кислот жирів естерів твердість води...
10478. Мій перший педагогічний досвід. Роздуми про мій перший урок 39 KB
  Мій перший педагогічний досвід. Роздуми про мій перший урок. 13.02.2009р. 10клас â€Насичені вуглеводні€. Прийшовши до школи я була дуже рада що мені випала можливість проводити уроки. Перед своїм першим уроком я готувалась два дні заздалегідь. Перше що було у моїй ...
10479. Місце елементів-металів у періодичній системі хімічних елементів Д.І. Менделєєва та особливості будови їх атомів 57.5 KB
  Тема: Місце елементівметалів у періодичній системі хімічних елементів Д.І. Менделєєва та особливості будови їх атомів. Металічний хімічний зв’язок. Загальні фізичні властивості металів. Навчальна мета: спираючись на знання періодичного закону та типи хімічних зв’яз...
10480. Насичені вуглеводні. Номенклатура 201 KB
  Дата: Тема: Урок залік з теми Насичені вуглеводні. Номенклатура.€ Тип уроку: урок застосування знань умінь та навичок. Навчальна мета: Конкретизувати та поглибити знання учнів з теми Насичені вуглеводніâ€. Навчити учнів застосовувати загальні зако...
10481. Семінар з теми Ненасичені вуглеводні етиленового ряду 177 KB
  Дата: Тема: Семінар з теми Ненасичені вуглеводні етиленового ряду Навчальна мета: Конкретизувати та поглибити знання учнів з теми Ненасичені вуглеводні етиленового рядуâ€; Навчити учнів застосовувати загальні закономірності для пояснення властивосте
10482. Ненасичені вуглеводні. Етилен як представник ненасичених вуглеводнів. Склад молекули, електронна та структурна формули, sp2-гібридизація електронів, σ- та π-звязки 63 KB
  Тема: Ненасичені вуглеводні. Етилен як представник ненасичених вуглеводнів. Склад молекули електронна та структурна формули sp2гібридизація електронів σ та πзв’язки. Навчальна мета: сформувати поняття про новий гомологічний ряд – алкени; ознайомити з новим видом гі...
10483. Ненасичені вуглеводні. Етилен як представник ненасичених вуглеводнів. Склад молекули, електронні та структурні формули, кратні звязки 64.5 KB
  Тема: Ненасичені вуглеводні. Етилен як представник ненасичених вуглеводнів. Склад молекули електронні та структурні формули кратні зв’язки. Гомологи етилену. Ізомерія карбонового скелету і положення кратного зв’язку. Номенклатура алкенів. Мета: навчальна: сформуват...