Контрольні запитання

1. Які речовини називають феромагнетиками?

2. Назвати характерні особливості феромагнетиків.

3. Записати зв’язок між індукцією та напруженістю магнітного поля для феромагнетиків.

4. Поясніть основні характеристики петля гістерезису

5. Яку величину називають точкою Кюрі?

6. Запишіть закон Кюрі-Вейсса.

7. Сформулюйте основний закон електромагнітної індукції.

8. Опишіть явища самоіндукції та взаємоіндукції.

9. Що таке потокозчеплення?

10. Дати означення індуктивності.

Лабораторна робота №34 визначення питомого заряду електрона

МЕТА РОБОТИ:	засвоїти закони руху заряджених частинок у магнітному полі.
ОБЛАДНАННЯ:	електронна лампа 6Е5С, соленоїд, джерела живлення, вольтметр, амперметр, мікроамперметр.

Теоретичні відомості

1. Сила Лоренца.

У постійному магнітному полі на заряджену частинку діє сила Лоренца:

. (1)

Тут – заряд частинки, – вектор її швидкості, а – вектор магнітної індукції. Векторний добуток вказує, що напрям сили перпендикулярний до напряму швидкості , тому робота сили Лоренца на переміщенні завжди дорівнює нулю. Сила Лоренца лише викривлює траєкторію частинки, не змінюючи величини її швидкості. Напрям сили Лоренца можна визначити також за правилом лівої руки: якщо ліву руку розмістити так, щоб силові лінії магнітного поля входили в долоню, чотири витягнуті пальці вказували напрям руху додатного заряду, то відігнутий великий палець укаже на напрям сили.

Якщо заряджена частинка рухається перпендикулярно до силових ліній магнітного поля, то її траєкторією є коло. Дійсно, при плоскому русі відцентрова сила за величиною дорівнює силі Лоренца :

. (2)

Тут – маса частинки, а – радіус кола (див. рис. 1).

Кутову швидкість руху частинки по колу можна обчислити з формули (2):

. (3)

Із (3) видно, що частота залежить лише від питомого заряду частинки, тобто від відношення заряду до її маси та індукції магнітного поля (радіус обертання встановиться відповідно до значення швидкості ). Таку частоту називають циклотронною. Описаний принцип покладено в основу роботи циклотрона, магнетрона, мас-спектрометра та інших пристроїв.

2. Магнітне поле соленоїда.

Соленоїдом називають циліндричну котушку з ґвинтовою намоткою провідника. Якщо довжина соленоїда набагато більша від його діаметра (див. рис. 2), соленоїд називають довгим. Для довгого соленоїда індукція магнітного поля на осі котушки визначається за формулою:

. (4)

Тут – кількість – витків на одиницю довжини соленоїда, – струм у соленоїді, Гн/м – магнітна стала, а – магнітна проникність середовища. У загальному випадку формула для обчислення індукції на осі соленоїда містить геометричні характеристики останнього:

. (5)

У центрі соленоїда на його осі індукція поля матиме значення:

. (6)

3. Принцип роботи установки.

У роботі для визначення питомого заряду електрона використовується установка, основою якої є серійна лампа 6Е5С. Принципова схема установки зображена на рис. 3. Електронна лампа Л розміщується всередині соленоїда , вісь якого збігається з віссю лампи (електричне та магнітне поля в лампі перпендикулярні). Опір необхідний лише для того, щоб сітка лампи не надто сильно розігрівалась сітковим струмом. Конструкція лампи така, що відстань від сітки до катода набагато менша, ніж відстань від сітки до анода . Поперечний переріз лампи подано на рис. 4. Для лампи 6Е5С радіус катода – 0,6 мм, радіус сітки – 0,7 мм, радіус анода – 3,1 мм. Індикаторна лампа 6Е5С зручна тим, що на її вілемітовому екрані можна візуально спостерігати вплив магнітного поля на траєкторію електронів.

Кінетична енергія, яку набувають електрони під дією сил електричного поля в проміжку катод-сітка, буде:

. (7)

Тут – маса електрона, – його заряд, а – напруга між анодом та катодом. Виходячи з (7), обчислимо швидкість електрона:

. (8)

Між сіткою та анодом електричне поле відсутнє, тому в електронів, які потрапили в цей простір, величина швидкості буде постійною. Напрям швидкості внаслідок різних факторів може змінюватись у широких межах.

При деякому значенні індукції траєкторія електронів викривлюється настільки, що вони не досягають анода. Щоб не попасти на анод, електрони, які рухались по дотичній до сітки, повинні описувати кола, радіус яких удвічі менший за відстань від сітки до анода, як наведено на рис. 4.

Відповідно до зроблених застережень із формули (3) отримуємо вираз для визначення питомого заряду:

, (9)

який із врахуванням співвідношення (8) набуде вигляду:

. (10)