Література

1. Чолпан П.П. Фізика.- К.: Вища школа, 2003.- С.233-239.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. - т.2, М.: Наука,1982.- С.114-133.

3. Трофимова Т.И. Курс физики.- М: Высшая школа, 1990.- С.176-191.

4. Кучерук І.М., Горбачук І.Т., Луцик П.П. Загальний курс фізики.-т.2,К.:Техніка, 2001.-С.262-270.

Інструкцію склав доцент кафедри фізики ЗНТУ Манько В.К.

8 Лабораторна робота № 25 вимірювання питомого заряду електрона

Мета роботи: вивчити залежність анодного струму електронної лампи від струму соленоїда ; визначити питомий заряд електрона .

Прилади і обладнання: електрона лампа 6Е5С, соленоїд, мікроамперметр, міліамперметр, вольтметр, джерело струму ВУП-2, провідники.

8.1 Теоретична частина

Головною характеристикою електрона є його заряд та маса. Питомим зарядом електрона називається відношення заряду до його маси:

Під час руху електрона в електричному і магнітному полях, його траєкторія визначається конфігурацією цих полів та питомим зарядом частинки. Якщо структура електричного і магнітного полів задана і з досліду відома траєкторія електрона в цих полях, то можна знайти відношення е/m. Вперше цей метод був використаний Томсоном (метод схрещених полів) для визначення маси зарядженої частинки.

Метод магнетрона – це один із варіантів, в якому використовується дія магнітного поля на електрон, що рухається в радіальному електричному полі. Електрона лампа з коаксіальним циліндричним катодом і анодом знаходиться в магнітному полі. Це магнітне поле створюється соленоїдом, крізь який протікає постійний струм. Електронна лампа знаходиться в центрі соленоїду, при цьому вектор індукції магнітного поля співпадає з віссю симетрії лампи.

Електрони, що вилітають з поверхні нагрітого катода, за відсутності магнітного поля рухаються на анод вздовж радіусів R (рис. 8.1, лінія 1). Їх кінетична енергія дорівнює роботі сил електростатичного поля:

, (8.1)

де m – маса електрона; – швидкість електрона в кінці шляху; заряд електрона; різниця потенціалів між катодом і анодом. Швидкість електронів визначається за формулою

. (8.2)

При проходженні струму крізь соленоїд створюється магнітне поле, яке діє на рухомі заряди з силою Лоренца:

, (8.3)

або в скалярній формі (8.4)

Її напрямок знаходять за правилом лівої руки, як і сили Ампера: якщо ліву руку розмістити так, щоб силові лінії магнітного поля входили в долоню, чотири витягнутих пальці направити по струмові (проти швидкості руху електронів, так як вони від’ємно заряджені, а за напрямок струму прийнятий напрямок руху позитивних зарядів), то відігнутий великий палець вкаже напрямок сили. Ця сила викривлює траєкторію руху заряджених частинок. Знайдемо радіус r кривизни траєкторії електронів. Сила Лоренца надає заряду доцентрове прискорення. За другим законом Ньютона, рівняння руху заряду в магнітному полі має вигляд

, (8.5) звідки . (8.6)

Із (8.6) видно, що при зростанні індукції В, тобто струму через соленоїд, радіус кривизни r зменшується (див. рис. 8.1 криві 2, 3, 4, 5 послідовно). При деякому значенні індукції і швидкості електронів останні уже не досягають анода (рис.8.1, крива 5), а тому анодний струм починає зменшуватись, коли радіус кривизни r стає рівним, як видно з рис.8.1 половині радіуса анода. Спочатку відсікаються повільні електрони, а потім по мірі зростання індукції, – все швидші і швидші.

Оскільки електрони мають різні швидкості, спад анодного струму не різкий (рис.8.2). Коли відсікаються електрони з найбільш ймовірною швидкістю, спад струму найшвидший - це відповідає точці перегину графіка . Дотична в точці перегину цієї залежності відсікає на осі абсцис критичне значення струму соленоїда I_Lкр. При цьому критичне значення індукції

B=µ_on·I_Lкр , (8.7)

де: n – густина намотки соленоїда. Підстановка у (8.6) виразів (8.2) та (8.7) після спрощень дає вираз для питомого заряду електрона

, (8.8)

де: n = 5·10⁴ витків/м, R = 5 мм.