Действие магнитного поля на движущиеся заряды: Методические указания к выполнению лабораторной работы № 14эм

Министерство высшего и среднего специального образования

РСФСР

Сибирского ордена Трудового Красного Знамени металлургический

институт имени Серго Орджоникидзе

ДЕЙСТВИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ  НА

ДВИЖУЩИЕСЯ ЗАРЯДЫ

Методические указания к выполнению лабораторных

работ по курсу "Общая физика"

Издание СМИ                                                                       Новокузнецк 1988

УДК 538.63 (07)

Рассмотрен метод изменения удельного заряда электрона на  основе исследования зависимости анодного тока от индукции магнитного поля (метод магнетрона). Предназначено для студентов всех специальностей.

Рецензент — кафедра высшей математики Сибирского  металлургического института (зав. кафедрой В.П. Белкин).

Печатается по решению редакционно-издательского совета института, протокол № 2 от 16 октября I987 г.

Сибирский металлургический институт, I988г.

Лабораторная работа 14эм.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Постановка задачи

В данной работе определяется удельный заряд электрона при исследовании зависимости анодного тока лампы от индукции магнитного , созданного в объеме лампы. Поэтому определения  нужно:

- построить кривые зависимости  (сбросовые характеристики);

- по сбросовым характеристикам определить критические значения индукции        магнитного поля ;

-рассчитать по приведенным уравнениям экспериментальное значение  и сравнить c табличным.

Теория измерений и принципиальная

схема установки

При движении электрона в электрических и магнитных полях траектория электрона определяется конфигурацией этих полей и отношением заряда электрона к его массе. Это отношение называется удельным зарядом электрона. В электрическом поле с напряженность  на электрон действует сила

                                                                       (1)

В магнитном поле с индукцией   на электрон, движущийся скоростью , действует сила Лоренца

                                                              (2)

Если электрон движется в магнитном поле так, что  ^ , то траекторией движения будет являться окружность с радиусом

При движении электрона в скрещенных электрических и магнитных полях траекторией может являться циклоида, описываемая уравнениями

Таким образом, если структура электрического или магнитного поля задана и из опыта известна траектория электрона в этом поле, то значение может быть найдено. На этом соображении основаны теперь многочисленные методы определения удельного заряда.

     В настоящей работе отношение для электрона определяется с помощью метода, получившего название "метода магнетрона". Это название связано с тем, что применяемая в работе конфигурация электрического и магнитного полей напоминает конфигурацию полей в магнетронах — генераторах электромагнитных колебаний.

     Движение электронов в этом случае происходит в кольцевом пространстве, заключенном между катодом и анодом двухэлектродной лампы. Катод располагается вдоль оси цилиндрического анода, так что электрическое поле между катодом и анодом имеет радиальное направление. Лампа помещается внутри соленоида, создающего магнитное поле, параллельное оси лампы (рис.1).

При таком расположении катода и цилиндрического анода электроны, вылетающие с поверхности катода, в отсутствие магнитного поля движутся на анод прямо по радиусам (рис.2a).

            При пропускании постоянного тока через соленоид его магнитное поле начнет действовать на электроны и отклонять их перпендикулярно к направлению вектора скорости электронов в каждый данный момент времени. Под действием отклоняющей силы движение электронов приобретет более сложный характер, и их траектория станет криволинейной (рис.2,б); кривая будет начинаться на катоде и кончаться на аноде лампы. При определенном соотношении между скоростью электронов и значением В = В_КР электроны совсем перестанут достигать анода, и анодный ток в лампе прекратится (рис.2,в, г).

     Если с лампой связать оси координат так, как это показано на рис.3, то легко увидеть, что в направлении оси Z не существует никаких сил, действующих на электрон. Благодаря этому мы можем рассматривать движение электронов только в плоскости XY в том, конечно, случае