Сделай Сам Свою Работу на 5

IV. ВЫВОД РАСЧЁТНОЙ ФОРМУЛЫ

 

Кинетическая энергия электронов приобретена ими за счет работы сил электрического поля между катодом и анодом. Из закона сохранения энергии:

, (11)

где - масса электрона; - заряд электрона; - скорость, приобретённая электроном под действием сил электрического поля между катодом и анодом; - разность потенциалов между катодом и анодом.

Напряжённость этого поля обладает цилиндрической симметрией, т.е.

(12)

где - линейная плотность заряда на катоде; - расстояние от катода до рассматриваемой точки поля; Ф/м - электрическая постоянная, . Поэтому наибольшее ускорение электрон получает вблизи катода и далее движется с постоянной скоростью , испытывая действие магнитного поля соленоида.

Магнитное поле в магнетроне создается током, текущем по обмотке соленоида. Это поле можно считать считается однородным и равным

, (13)

где Гн/м; - сила тока в обмотке; - число витков на единицу длины катушки.

Очевидно, скорость движения электронов и созданные электрическое и магнитное поля имеют взаимно перпендикулярные направления.

Учитывая уравнения (5) и (11), удельный заряд электрона можно определить формулой:

, (14)

где - магнитное поле в соленоиде; - радиус кривизны траектории.

Из формулы (13) видно, что с увеличением тока в обмотке соленоида магнитное поле будет также расти, а из формулы (6) следует, что с увеличением магнитного поля в соленоиде радиус кривизны траектории уменьшится.

При некотором критическом значении

электроны начнут двигаться по окружности, возвращаясь на катод. Радиус окружности связан с радиусом анода соотношением:

,

С учётом формулы (13) уравнение (14) запишется следующим образом:

, (15)

где - постоянная лабораторной установки; - критическое значение тока в обмотке соленоида.

Выражение (15) является расчётной формулой для удельного заряда электрона, определяемого методом магнетрона. Критическое значение тока в обмотке соленоида находится из сбросовой характеристики (рис. 8)по участку наибольшего сброса. Параметры и указаны на панели лабораторной установки.



 

V. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

Техника безопасности

1. К проведению работ допускаются лица, прошедшие инструктаж по технике безопасности.

2. При выполнении работы необходимо соблюдать меры предосторожности, не касаться проводников и контактов без изоляции.

Помните! Высокое напряжение опасно для жизни!

3. При возникновении аварийной ситуации необходимо выключить электропитание установки.

4. После окончания измерений выключить и обесточить установку.

5. После окончания измерений выключить и обесточить установку.

 


 

ЗАДАНИЕ 1. С помощью магнетрона определить удельный заряд электрона

 

1. Пригласить лаборанта для проверки собранной цепи (рис.9).

2. Включить накал лампы, прогреть лампу 3-5 минут.

3. Установить потенциометром напряжение на аноде (по указанию преподавателя).

4. Измерить анодный ток миллиамперметром, записать его значение.

5. Включить тумблер селенового выпрямителя ( ) и, увеличивая ток в соленоиде (интервал изменения - 0,5 А).

6. Записать в таблицу 1 значения тока в соленоиде и соответствующие ему значения анодного тока .

7. Повторить действия проводимые в пунктах 4-7 четыре раза при других заданных (по указанию преподавателя) значениях анодного напряжения , занося результаты измерений в таблицу 1.

8. При проведении опытов наблюдать за траекториями электронов на экране лампы.

9. По данным таблицы 1 построить сбросовые характеристики для всех значений анодного напряжения .

10. Определить критическое значение тока в соленоиде для каждого опыта.

Таблица 1

=
, А              
, мА              
=
, А              
, мА              
=
             
,мА              

 

11. Расчёт удельного заряда электрона произвести по формуле (15) для каждого .

13. Полученные данные свести в таблицу 2.

Таблица 2

№ опыта   , В   , А , Кл/кг
         
         
         
         

 

14. Найти среднее арифметическое значение удельного заряда и ошибку измерения , принимая её равной случайной ошибке.

15. Записать окончательный результат и сделать вывод.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите силовые характеристики электрического и магнитного поля. Нарисуйте схемы соответствующих силовых линий поля точечного заряда и бесконечно длинного прямого проводника.

2. Рассмотрите особенности действия электрического поля на положительные заряды.

3. Рассмотрите особенности действия магнитного поля на положительные заряды.

4. Каково устройство и принцип действия магнетрона?

5. Что такое сбросовая характеристика?

6. Сделайте вывод расчетной формулы для определения удельного заряда электрона.

7. Объяснить суть метода магнетрона для определения удельного заряда электрона e/m.

8. Объяснить влияние изменения направления тока в обмотке соленоида на величину и направление критической индукции магнитного поля Вкр.

9. Объяснить зависимость удельного заряда электрона e/m от величины анодного напряжения Ua.

10. Определить направление и величину силы Лоренца, действующей на отрицательный заряд, движущийся в магнитном поле: а) вдоль силовых линий; б) перпендикулярно силовым линиям.

11. Определить, какую работу совершает сила Лоренца, действующая на заряд, движущийся в магнитном поле.

12. Ион, несущий один элементарный заряд, движется в однородном

магнитном поле с индукцией В = 0,015 Тл по окружности радиусом

R = 10 см. Определить импульс иона.

13. Электрон влетает в однородное магнитное поле с индукцией В = 0,5 Тл. Определить момент импульса электрона, если он движется по окружности радиусом R = 0,2 см.

14. На первоначально покоящийся электрон в течение t = 0,01 с действует однородное электрическое поле. Затем электрон влетает в магнитное поле с индукцией В = 0,01 мТл. Линии магнитной индукции перпендикулярны к линиям электрического поля. Во сколько раз нормальное ускорение электрона больше его тангенциального ускорения при движении в магнитном поле?

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Трофимова, Т. И. Курс физики [Текст] : учеб. пособие / Т. И. Трофимова. - М. : Академия, 2007. – 560 с.

2. Детлаф, А. А. Курс физики [Текст ] : учеб. пособие / А. А. Детлаф, В. М. Яворский. - М. : Академия, 2007. - 720 с.

3. Савельев, И. В. Курс физики [Текст] / И. В. Савельев; под ред. И. В. Савельева. - М. : КноРус 2009. – В 4 т. Т. 2. Электричество и магнетизм. - 2009. - 570 с.


 



©2015- 2019 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.