Определение удельного заряда электрона методом магнетрона (Методическое пособие по выполнению лабораторной работы), страница 2

.                 (10)

Далее рассмотрим траекторию электронов, которые вылетают из катода при анодном напряжении . При отсутствии магнитного поля (рис. 4) траектория электрона прямолинейна и направлена вдоль радиуса. При слабом магнитном поле траектория электрона становится криволинейной, но электрон все же достигает анода. При увеличении магнитного поля траектория настолько искривляется, что при некотором значении магнитного поля  становится касательной к аноду. Это поле  называется критическим магнитным полем.

При дальнейшем увеличении магнитного поля, так что   электрон не попадает на анод и возвращается на катод. Найдем величину  из отношения (10) приняв во внимание, что радиальная скорость электрона  при  обращается в нуль:

,                                                                           (11)

откуда

.                                                                                (12)

Формула (12) позволяет вычислить , если при заданном  найдено такое значение магнитного поля (или наоборот, при заданном  такое значение ), при котором электроны перестают попадать на анод. До этих пор мы считали, что все электроны покидают катод со скоростью, равной нулю. В этом случае при  все электроны без исключения попадали бы на анод, а при  все электроны без исключения возвращались бы на катод, не достигнув анода. При этом анодный ток  при увеличении магнитного поля изменяется так, как показано на рис. 5 пунктирной линией. В действительности электроны, которые выходят из катода, имеют разные скорости. Критические условия для разных электронов достигаются при разных значениях магнитного поля . Поэтому кривая  принимает вид сплошной кривой на рис.5. В данной роботе для нахождения удельного заряда электрона  используется двухэлектродная лампа с цилиндрическим немагнитным анодом. Радиус анода

Описание экспериментальной установки.

Принципиальная электрическая схема установки показана на рис.6. Обмотка соленоида подключена к блоку питания. Индукция магнитного поля внутри соленоида без сердечника прямо пропорциональна силе тока, который протекает по обмотке . Значение коэффициента пропорциональности .

Выполнение работы.

1.  Собрать схему на рис.6 и снять зависимость анодного тока от тока , протекающего через соленоид,  для трех значений анодного напряжения . Построить графики .

2.  Из графиков определить критическое значение магнитного поля . Выбор критического значения тока , который протекает по соленоиду () отвечает такому току в соленоиде, при котором анодный ток , где  - значение анодного тока при нулевом магнитном поле.

3.  При нескольких значениях анодного напряжения  найти соответствующее ему значение . Построить график зависимости  от . Тангенс угла наклона полученной линейной зависимости даст величину удельного заряда электрона.

Контрольные вопросы.

1)  Что такое сила Лоренца?

2)  Почему магнитная составляющая силы Лоренца не совершает работы над зарядом?

3)  Записать уравнение движения электрона в такой конфигурации электрического и магнитного полей, которая используется в магнетронах.

4)  Получить уравнение для угловой скорости движения электрона.

5)  Вывести уравнение для радиального движения электрона.

6)  Вывести формулу для определения удельного заряда электрона .

7)  Что такое критическое магнитное поле?

8)  Проверить экспериментально, зависит ли сила анодного тока от направления  магнитного поля. Если зависит, то как лучше проводить измерения.

9)  Найти экспериментальную относительную ошибку в определении  и сравнить ее с расчетной.