Качественное описание движения

Лабораторная работа № 12

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ ЗАРЯДА

ЭЛЕКТРОНА К МАССЕ МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА

Цель работы: Изучение движения электронов во взаимно перпендикулярных электрическом и магнитном полях в магнетроне; определение по параметрам этого движения отношения заряда электрона к его массе.

Приборы и оборудование:

1. Модуль «ФПЭ-О3».

2. Постоянное оборудование: источник питания «ИП», два

цифровых вольтметра.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Движение электрона в скрещенных электрическом и магнитном

Полях

Качественное описание движения

Если в пространстве одновременно существуют электрическое и магнитное поля, то на движущийся электрон будет действовать результирующая сила, представляющая собой суперпозицию кулоновской и лоренцовой сил:

(12.1)

где — заряд электрона ( < 0), - напряженность электрического

поля, — магнитная индукция, - скорость электрона.

В зависимости от конфигурации электрического и магнитного

полей движение электрона под действием силы происходит по траектории, которая приводит к эффекту поддержания или отсутствия электрического тока в некоторой цепи.

Существуют различные методы определения удельного заряда электрона. Одним из них является метод магнетрона. Название метода происходит от сходства конфигураций электрического и магнитного полей в нем и в магнетронах — генераторах электромагнитных полей сверхвысоких частот.

Сущность метода состоит в следующем. Специальная двухэлектродная лампа с коаксиальными цилиндрическими катодом и анодом помещается в магнитное поле так, что ось симметрии лампы направлена вдоль магнитного поля (вдоль вектора магнитной индукции), как изображено на рис.12.1. В отсутствие магнитного поля вылетевшие из катода электроны движутся радиально в направлении анода. При наличии поля на электроны кроме электрической начинает действовать еще и магнитная сила Лоренца, направленная перпендикулярно вектору скорости электрона, вследствие чего траектория электронов искривляется. На рис.12.2 изображено промежуточное положение электрона в декартовой и полярной системах координат. Там же указано направление мгновенной скорости электрона , а так же радиус-вектор точки наблюдения. Если магнитная сила сравнительно мала, то под действием ускоряющего электрического поля в меж -

Рис.12.1. Схема магнетрона. электродном пространстве электрон достигает анода. По мере увеличения индукции магнитного поля траектория электрона все более искривляется (рис.12.3). При достижении некоторого критического

Рис.12.2. Схема движения Рис.12.3. Траектории электронов

значения поля электрон, вылетевший вдоль оси х, не попадает на анод, а возвратится на катод по симметричной относительно оси х траектории. При значении индукции поля все электроны вернутся на катод, т.к. их траектории имеют большую кривизну. Эта критическая ситуация соответствует сильному ослаблению тока в цепи диода (на рис.12.4 кривая изображена штриховой линией). В случае многоэлектронного при-ближения качественная картина сохраняется. В связи с тем, что электроны из катода выходят с разными скоростями, часть из них при все—таки достигнет анода. Рис.12.4. Зависимость анодного тока При дальнейшем росте индукции

от индукции магнитного поля. анодный ток в действительности изменяется в соответствии со сплошной линией на рис.12.4.

Поиск по сайту: