3. Проверка гипотезы Лоренца – принцип работы электронно-лучевой трубки

От­кры­тие ка­тод­ных лучей, а также ра­дио­ак­тив­но­сти поз­во­ли­ли про­ве­рить экс­пе­ри­мен­таль­но ги­по­те­зу Ло­рен­ца. Вос­поль­зу­ем­ся элек­трон­но-лу­че­вой труб­кой (рис. 5)

Рис. 5. Элек­трон­но-лу­че­вая труб­кой (Ис­точ­ник).

В ва­ку­ум­ной труб­ке раз­ме­ще­ны две пла­сти­ны: анод и катод. На катод по­да­ёт­ся от­ри­ца­тель­ный по­тен­ци­ал, на анод – по­ло­жи­тель­ный. Для того чтобы в труб­ке воз­ник­ли сво­бод­ные элек­тро­ны, катод на­гре­ва­ет­ся нитью на­ка­ла. Сво­бод­ные элек­тро­ны ме­тал­ли­че­ско­го ка­то­да вб­ли­зи его по­верх­но­сти могут по­ки­дать эту по­верх­ность, об­ла­дая вы­со­кой ки­не­ти­че­ской энер­ги­ей за счёт на­гре­ва­ния – яв­ле­ние тер­мо­элек­трон­ной эмис­сии. Сво­бод­ные элек­тро­ны, по­ки­нув­шие по­верх­ность ка­то­да, по­па­да­ют в зону дей­ствия элек­три­че­ско­го поля между ано­дом и ка­то­дом. Линии на­пря­жён­но­сти этого поля на­прав­ле­ны от анода к ка­то­ду. Элек­тро­ны, бу­дучи от­ри­ца­тель­но за­ря­жен­ны­ми ча­сти­ца­ми, дви­жут­ся от ка­то­да к аноду – про­тив линии на­пря­жён­но­сти поля. Так в труб­ке воз­ни­ка­ет элек­три­че­ский ток, на­прав­лен­ный от анода к ка­то­ду. Если ис­поль­зо­вать анод, по­кры­тый спе­ци­аль­ным ма­те­ри­а­лом, ко­то­рый све­тит­ся при по­па­да­нии на него за­ря­жён­ных ча­стиц, можно про­на­блю­дать место по­па­да­ния элек­тро­нов по све­то­во­му пятну. Имен­но так и ра­бо­та­ет элек­трон­но-лу­че­вая труб­ка. При по­да­че на­пря­же­ния на анод и катод мы видим неболь­шое зе­лё­ное пятно на аноде – это место бом­бар­ди­ров­ки экра­на элек­тро­на­ми.

4. Опыты с осциллографом

Если вос­поль­зо­вать­ся ос­цил­ло­гра­фом (рис.6), то будет по­ка­за­но не све­то­вое пятно, а све­тя­ща­я­ся линия. Когда одним из по­лю­сов под­во­дят к го­ри­зон­таль­ной линии, на­хо­дя­щей­ся на ос­цил­ло­гра­фе – она от­кло­ня­ет­ся от сво­е­го пер­во­на­чаль­но­го зна­че­ния в на­прав­ле­нии пер­пен­ди­ку­ляр­ном на­прав­ле­нию ско­ро­сти и на­прав­ле­нию линий маг­нит­но­го поля, по­сколь­ку маг­нит­ное поле на­прав­ле­но от се­вер­но­го по­лю­са к юж­но­му. Это на ка­че­ствен­ном уровне под­твер­жда­ет ги­по­те­зу.

По­пы­та­ем­ся по­лу­чить не толь­ко ка­че­ствен­ные, но и ко­ли­че­ствен­ные ре­зуль­та­ты. Для этого будем про­ве­рять за­ви­си­мость силы дей­ству­ю­щей со сто­ро­ны маг­нит­но­го поля от раз­лич­ных фак­то­ров. В част­но­сти от ско­ро­сти дви­же­ния элек­тро­нов. Каким об­ра­зом можно по­ме­нять ско­рость дви­же­ния элек­тро­нов в ос­цил­ло­гра­фе? При по­мо­щи ре­гу­ли­ров­ки яр­ко­сти линии на ос­цил­ло­гра­фе можно из­ме­нить ско­рость дви­же­ния элек­тро­нов в ос­цил­ло­гра­фе. Чем ярче линия – тем быст­рее дви­жет­ся элек­тро­ны внут­ри труб­ки. Если под­не­сти маг­нит к ос­цил­ло­гра­фу се­вер­ным по­лю­сом и ме­нять ско­рость дви­же­ния элек­тро­нов – то по мере умень­ше­ния яр­ко­сти – ис­ка­же­ние лини также будет умень­шать­ся. Это озна­ча­ет, что сила, дей­ству­ю­щая со сто­ро­ны маг­нит­но­го поля на элек­тро­ны, при умень­ше­нии ско­ро­сти элек­тро­нов тоже умень­ша­ет­ся. Более точ­ные из­ме­ре­ния дадут нам пря­мую про­пор­ци­о­наль­ность между силой, дей­ству­ю­щей со сто­ро­ны маг­нит­но­го поля на дви­жу­щи­е­ся за­ря­ды и ско­ро­стью этих за­ря­дов. Сила, дей­ству­ю­щая на за­ря­ды со сто­ро­ны маг­нит­но­го поля, про­пор­ци­о­наль­на ин­дук­ции – если под­не­сти несколь­ко маг­ни­тов к ос­цил­ло­гра­фу, то ис­ка­же­ние будет го­раз­до силь­нее. Ве­ли­чи­на силы дей­ству­ю­щей со сто­ро­ны маг­нит­но­го поля на дви­жу­щий­ся заряд за­ви­сит от вза­им­но­го на­прав­ле­ния век­то­ра маг­нит­ной ин­дук­ции и век­то­ра ско­ро­сти дви­же­ния ча­стиц – при под­не­се­нии маг­ни­тов к ос­цил­ло­гра­фу южным по­лю­сом – линия будет ис­ка­жать­ся в про­ти­во­по­лож­ном на­прав­ле­нии.

Рис. 6. Ос­цил­ло­граф (Ис­точ­ник)