Определение удельного заряда
ЭЛЕКТРОНА МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Ярославский государственный университет им. П.Г.Демидова
Кафедра микроэлектроники
Рудь Н. А.
Рудый А. С.
Сергеев А. Н.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА
МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА
Методические указания
Рекомендовано
Научно-методическим советом для университета для студентов, обучающихся по направлениям подготовки
Электроника и наноэлектроника,
Ярославль 2013
УДК 539.18.19
ББК
Рекомендовано
Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного издания. План 2013 года.
Рецензент
Кафедра микроэлектроники Ярославского государственного
университета им. П. Г. Демидова
Рудь, Н.А. Определение удельного заряда электрона методом магнетрона: метод. указания / Н. А. Рудь, А.С. Рудый, А. Н. Сергеев; Яросл. гос. ун-т им. П.Г. Демидова.- Ярославль: ЯрГУ, 2013. – 46 c.
В
данных методических указаниях
рассматриваются теоретические основы
движения электрона в электромагнитных
полях; экспериментальные методы
определения удельного заряда электрона;
физические основы устройства магнетрона.
Подробно излагается порядок выполнения
лабораторной работы физического
практикума по атомной физике
.
Предназначены для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 21010.62 Электроника и наноэлектроника (дисциплина «Физический практикум», Математический и естественнонаучный цикл) очной формы обучения, кроме этого они будут полезны студентам, которые обучаются по направлениям 011800.62 Радиофизика, 011200.62 Физика (дисциплина «Физический практикум», блок ЕН).
УДК 539.18.19
ББК
©Ярославский государственный
университет им. П.Г.Демидова, 2013
I. Теоретическая часть
1.1. Движение электрона в электрическом и магнитном полях.
Как известно, сила, действующая со стороны электромагнитного поля на движущуюся со скоростью v c зарядом q частицу, выражается формулой:
,
(1)
где первый член представляет силу, действующую со стороны электрического поля (сила Кулона), второй – со стороны магнитного поля B (сила Лоренца). Дальнейшие рассуждения мы проведём для положительно заряженной частицы, однако они применимы и к движению отрицательно заряженных частиц. Когда речь идёт об электроне, необходимо помнить что он несёт отрицательный заряд и направление его отклонения всегда будет противоположно направлению отклонения положительно заряженной частицы.
Согласно
второму закону Ньютона, сила
равна произведению массыm
на
ускорение
:
.
(2)
Приравнивая правые части (1) и (2), получаем:
.
(3)
Для
ускорения
можно
записать следующее соотношение
(4)
Это
уравнение (4) показывает, что движение
заряженной частицы в силовых полях
зависит от отношения
,
которое называетсяудельным
зарядом
данной частицы. Следовательно, изучая
движение заряженных частиц в электрическом
и магнитном полях, можно определить
удельный заряд частицы и тем самым
получить сведения о природе частиц.
Удельный заряд электрона можно определить различными методами. Наиболее распространёнными из них являются метод магнитной фокусировки и метод магнетрона.
Рассмотрим
теперь отдельно действие магнитного
поля.
Полагая в (3)
,
получаем:
.
(5)
В
однородном магнитном поле, направленном
перпендикулярно к скорости частицы,
легко найти ее траекторию. В самом деле,
так как сила Лоренца всегда перпендикулярна
к скорости, то она меняет только
направление скорости, но не её величину,
поэтому электрон будет двигаться по
окружности с некоторым радиусом ρ.
Приравнивая значение силы Лоренца
и центробежной силы инерции:
,
(6)
получаем выражение для радиуса ρ
.
(7)
Чем
больше скорость электрона
,
тем сильнее он стремится двигаться
прямолинейно по инерции, и радиус
искривления траектории будет больше.
С другой стороны, с увеличением B растёт сила Лоренца, поэтому искривление траектории возрастает, а радиус окружности ρ уменьшается.