3. Проверка формулы (1.8)

Из формулы (1.8) следует, что величина анодного напряжения должна влиять на величину критической магнитной индукции. Зависимость B_кр от U_а квадратичная:

. (1.9)

Для проверки этой зависимости надо сначала провести серию измерений B_кр при различных значениях U_а, а затем построить график зависимости . Если формула (1.8) верна, то точки на графике должны лечь на прямую линию, проходящую через начало координат.

Убедившись в том, что величина прямо пропорциональна U_а, можно измерить удельный заряд электрона точнее, чем при разовом применении формулы (1.8). Для этого надо измерить угловой коэффициент k экспериментальной прямой линии, и тогда из (1.9) следует:

. (1.10)

4. Измерение критической магнитной индукции

Чтобы создать однородное магнитное поле, линии которого параллельны оси диода, можно поместить диод внутрь катушки с током. В достаточно длинной катушке (соленоиде) магнитное поле является почти однородным, а магнитная индукция B пропорциональна силе тока в соленоиде I_с:

. (1.11)

В этой формуле:

• μ – магнитная проницаемость среды, которая в данном случае равна 1 (чтобы диод можно было поместить внутрь катушки, там не должно быть ничего, кроме воздуха);

• μ₀ – магнитная постоянная, которая в СИ равна ;

• n – густота намотки витков соленоида, то есть число витков, приходящихся на единицу длины соленоида.

Обозначим силу тока, создающую в соленоиде критическое магнитное поле, I_кр. Тогда из (1.11) следует:

(1.10)

Для измерения критического тока надо постепенно увеличивать ток в соленоиде I_с, наблюдая при этом за анодным током I_а. Пока , магнитное поле в диоде – слабое, и оно не влияет на анодный ток, поэтому при повышении тока в соленоиде анодный ток не изменяется. При магнитное поле – сильное, ни один электрон не может долететь до анода, поэтому анодный ток равен 0. Таким образом, когда ток в соленоиде достигает критического значения I_кр, анодный ток должен резко упасть до 0. График зависимости I_а от I_с должен иметь вид, показанный на рисунке 1.3 а.

Н а самом деле резкой отсечки анодного тока не происходит, и реальный график зависимости I_а от I_с имеет вид, показанный на рисунке 1.3 б. Это связано с тем, что в реальном диоде:

• начальная скорость электрона 𝑣₀ не равна 0 и является случайной величиной, в результате чего быстрые электроны (вылетевшие с большой начальной скоростью) попадают на анод даже в сильном магнитом поле, а медленные могут не долететь до анода при слабом магнитном поле;

• электроны вылетают из электронного облака под разными углами, поэтому они даже при одной и той же начальной скорости двигаются в промежутке между облаком и анодом по разным траекториям – одни из них достигают анода, другие – нет;

• катод и окружающее его облако не строго соосны с анодом, поэтому возможность попадания электрона на анод зависит от точки его вылета из облака;

• диод и соленоид не являются бесконечно длинными, поэтому на краях диода и магнитное поле, и электрическое – не такие, как вблизи центра.

Для определения критического тока предлагается следующая методика.

1. Снять экспериментальную зависимость анодного тока I_а от тока в соленоиде I_с и изобразить её на графике.

2. Провести на этом экспериментальном графике две прямые линии: первая есть продолжение начального горизонтального участка графика, вторая – продолжение линейного участка графика в области точки перегиба – см. рисунок 1.4.

3. О пределить абсциссу точки пересечения построенных прямых – это и будет значением критического тока.