ВИМІР ПИТОМОГО ЗАРЯДУ ЕЛЕКТРОНА МЕТОДОМ магнетрона
Рух електронів в магнетроні
Метою роботи є визначення питомої заряду електрона методом магнетрона і оцінка похибки його вимірювання.
Питома заряд частинки - це відношення її заряду q до маси m. Найпростіший магнетрон є двухелектродную електронну радіолампу (діод), що складається з циліндричного анода і розташованого на його осі катода (рис. 1). Лампа поміщається в однорідне магнітне поле, спрямоване по її осі. У даній роботі магнітне поле створюється соленоїдом (котушкою). Індукція магнітного поля змінюється за рахунок зміни струму в соленоїді.
Питома заряд електрона оцінюється по експериментально спостережуваної залежності анодного струму врадіолампе від струму в соленоїді:. На електрон, що рухається від катода до анода, діють дві сили: одна - з боку електричного поля
інша - з боку магнітного поля - сила Лоренца
Перша спрямована уздовж радіуса від катода до анода, друга - перпендикулярно до векторів швидкості і індукції магнітного поля.
Рис.2. Вплив магнітного поля на траєкторію руху електрона. (Векторнаправлен до читача)
На рис.2 показані траєкторії електронів при різних значеннях індукції магнітного поля. У міру збільшення індукції поля траєкторія електрона все більш викривляється і при деякому критичному значенні індукції електрони не досягають анода, анодний струм в цей момент різко зменшується.
Рис.2. Вплив магнітного поля на траєкторію руху електрона. (Векторнаправлен до читача)
Зображену на рис.3 (а) і 3 (б) залежність сили анодного струму від індукції магнітного поля називають скидний характеристикою магнетрона. Графік а) відповідає ідеальної, б) - реальної характеристикам.
Рис.3. Зразковий вид ідеальної (а) і реальної
(Б) скидних характеристик магнетрона
Ідеальна характеристика вийшла б при однакових швидкостях руху електронів в строго однорідному полі. Реально припинення анодного струму відбувається не стрибком, а плавно. Критичне значення Bкр індукції магнітного поля відповідає точці перегину кривої.
Якщо радіус катода лампи малий у порівнянні з радіусом анода, то електрон прискорюється в основному в просторі поблизу катода, тому що напруженість електричного поля відрізняється від нуля практично тільки поблизу катода. Внаслідок цього і траєкторія електрона близька до окружності, а діаметр критичної траєкторії можна вважати рівним радіусу анода
2. Висновок розрахункової формули
Сила, що діє на електрон з боку магнітного поля, повідомляє йому нормальне прискорення. За другим законом Ньютона
З іншого боку, відомо, що
де - різниця потенціалів між катодом і анодом.
Виключаючи з (5) і (6) і використовуючи (3), отримаємо формулу для питомої заряду електрона
Магнітне поле соленоїда кінцевої довжини без сердечника розраховується за формулою (див. Прил.1).
де Гн / м - магнітна постійна; - число витків соленоїда; L - його довжина; D - діаметр; Ic - струм в соленоїді.
Формула для розрахунку питомої заряду електрона приймає остаточний вигляд
1. В якому випадку траєкторія електрона, що рухається в однорідному магнітному полі, являє собою коло?
2. За яких умов траєкторія електрона, що рухається в схрещених електричному і магнітному полях, буде прямолінійною?
3. Заряджена частинка пройшла прискорює різниця потенціалів U = 104 В і влетіла в схрещені під прямим кутом електричне (E = 10 кВ / м) і магнітне (B = 0,10 Тл) поля. Визначити питому заряд частинки, якщо, рухаючись перпендикулярно до обох полях, частка не відчуває відхилення від прямолінійної траєкторії.
Мал. 4. Схема установки
4. Схема електричного кола установки
Електричне коло установки (рис.4) складається з двох частин: ланцюги соленоїда (а) і ланцюзі діода (б), в яких: - амперметр для вимірювання сили струму в соленоїді; - мікроамперметр для вимірювання сили анодного струму; - вольтметр для вимірювання анодного напруги; П1 і П2 - регулятори струму та напруги.
5. Порядок виконання роботи
У лабораторії фізичного практикуму кафедри фізики УГТУ-УПІ змонтований магнетрон, зображений на фотографії на титульному файлі даної роботи, при цьому використовується звичайна радиолампа (діод), вміщена у відносно довгий соленоїд, який створює досить однорідне магнітне поле, що дозволяє застосовувати вищеописану методику вимірювання і розрахунку питомої заряду електрона.
У комп'ютерному варіанті даної роботи максимально точно моделюються умови проведення експерименту, на екрані дисплея відтворюються міліамперметр, що вимірює струм соленоїда, і мікроамперметр, реєструючий анодний струм в радіолампи, що дозволяє практично побудувати скидного характеристику магнетрона.
При цьому від експериментатора потрібно акуратність в проведенні досвіду і правильність запису результатів вимірювань, обробки дослідних даних, розрахунку шуканої величини і похибки результату вимірів. Вимірювання можна проводити як при монотонному підвищенні струму соленоїда, так і при його зменшенні. Працювати слід тільки з клавіатурою і мишкою.
Однак перш ніж виконувати експериментальну частину роботи, слід уважно прочитати теоретичну частину цього посібника і відповісти на контрольні питання.
Навести курсор на «Вимірювання», натиснути ліву клавішу мишки. При цьому на дисплеї Вашого комп'ютера з'явиться міліамперметр і мікроамперметр, що реєструють струми соленоїда і радіолампи, відповідно.
2. Ознайомитися з приладами і заповнити таблицю «Засоби вимірювання і їх характеристики» звіту (дивись нижче Додаток 2).
3.Запісать в звіт дані про параметри магнетрона. Вимірювання проводяться при анодному напруга Ua = 6,0 + _0,1В.
4.Навесті курсор на регулятор струму соленоїда, поступово підвищуючи значення струму в соленоїді зняти залежність анодного струму від сили струму Ic в соленоїді. Рекомендується зняти 18 точок. Результати вимірювань внести в таблицю 2 звіту. За експериментальними даними побудувати на міліметрівці графік.
5. За отриманими даними визначити критичне значення струму в соленоїді I C, кр методом графічного диференціювання залежності, яке здійснюється в такий спосіб. За парам найближчих точок струму соленоїда (таблиця 2) знайти, і та занести ці результати в таблицю 3. Побудувати на міліметровому папері графік залежності, де є середнє значення струму двох сусідніх точок, тобто на осі абсцис значення струму соленоїда брати між двома сусідніми точками. Крапку на осі абсцис, що відповідає максимуму графіка прийняти за IС, кр.
6. Розрахувати питому заряд електрона по основній розрахунковій формулі. Порівняти отриманий результат з табличним значенням питомої заряду електрона.
7. Розрахувати кордон відносної і абсолютної похибки результату вимірювання питомого заряду електрона за формулою, наведеною в звіті. У разі значної розбіжності досвідчених і табличних значень повторити вимірювання.
8. Оформити звіт (див. Додаток 2) і здати його викладачеві на перевірку.
Індукція поля соленоїда без сердечника на його осі може бути знайдена за формулою
де - загальне число витків соленоїда, - сила струму в соленоїді, - його дли
на, і - кути між віссю соленоїда і радіусами вектор, проведеними від його середини до крайніх витків (див. малюнок).
З малюнка видно, що
Таким чином, маємо
8. Питома заряд електрона
9. Оцінка кордону похибки результату вимірювання
Кл / кг. Округлити до однієї значущої цифри.
10. Остаточний результат Кл / кг. Округлити результат вимірювання, погодивши розряд останньої значущої цифри з розрядом похибки вимірювання.
11.Виводи по роботі (порівняти отриманий результат з табличним значенням вимірюваної величини, проаналізувати похибки і т.д.).
Схожі документи:
вектор. спрямований уздовж осі обертання (рис. складних траєкторіях. Це. після перебування в магнітномполе. вліяніімагнітногополяна нервову систему і. електрона; двіженіеелектрона до поверхні тіла; вихід електрона. пробуджувати в читачеві бажання самому.
електричного поля в чистому напівпровіднику направленноедвіженіе будуть здійснювати і електрони. і дірки. На електричні властивості напівпровідників сильний вплив.
рух. Читач заперечить. траєкторії. незважаючи на те, що його рух є прискореним! Мал. 6. Перехід електрона зі стаціонарного рівня 1 на. векторами. Щоб виключити вліяніенадвіженіе предметів. напрямку польоту по магнітно -му полю.
Ферромагнетики. Магнітноеполе Землі. Дія магнітногополяна рухому заряджену частинку. Рух зарядженої частинки в магнітномполе. Дія магнітногополяна провідник.
експериментом. Векторнаріс. 9 вказує передбачуване напрямок рівномірного руху в. під впливом мінливого магнітногополя. Ми. траєкторії в різних електричних і магнітних зовнішніх полях. Був навіть ізольований окремий електрон.