Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г. В. Плеханова

(Технический университет)

Кафедра общей и технической физики.

Лабораторная работа № 19.

Тема: «ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА

МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА».

Выполнил: студент гр. ТПР-04 Коржавых П.В.

Принял: профессор Мустафаев А.С.

Санкт-Петербург

2005 г

Цель работы – по "сбросовым" характеристикам магнетрона найти удельный заряд электрона.

Теоретическое обоснование

В работе для определения удельного заряда используется магнетрон, который представляет собой двухэлектродную лампу с коаксиальными цилиндрическими катодом и анодом. Принцип действия магнетрона основан на торможении электронов в скрещенных электрических и магнитных полях. Лампа помещается внутри соленоида так, что нить (катод) лампы совпадает с осью соленоида. Между катодом и анодом лампы существует неоднородное электрическое поле, силовые линии которого направлены по радиусу к оси анода. Термоэлектроны, вылетающие из накалённого катода, будут двигаться по радиусу к аноду со все увеличивающейся скоростью. Магнитное поле соленоида, направленное перпендикулярно скорости электрона (), действует на электрон с силой Лоренца, изменяющейся по величине, при этом нормальное ускорение тоже будет меняться по величине. Траектория электрона будет представлять собой линию с переменным радиусом кривизны.

«Сбросовая» характеристика (рис.2) показывает изменение анодного тока в магнетроне при увеличении индукции поля, т.е. представляет собой зависимость анодного тока I_a от тока через соленоид I_c. При B>B_кр вместо резкого обрыва тока наблюдается небольшое постепенно уменьшающийся анодный ток, что объясняется наличием остаточного газа в магнетроне, падением напряжения вдоль нити, неодинаковой температурой поверхности катода, неточным расположением нити на оси анода и искажениями электрического поля у концов катода и краев анода.

Схема установки

К₁, К₂, К₃, К₄ – конденсаторы

R₁ - непостоянное сопротивление

R₂ -постоянное сопротивление

V - вольтметр

-ЭДС

R₃ - реостат (переменное сопротивление)

L - катушка индуктивности

A₁ - анодный ток

mA - микроамперметр

A₂ - ток соленоида

Основные расчётные формулы

1. Критическая индукция

,

где - магнитная постоянная, Гн/м

N - количество витков, 90 l - длина проводника, 14 см

- критический ток соленоида, А

2. Удельный заряд электрона

где U_а – анодное напряжение, В;

b=9,6 мм (параметр, связанный с геометрией электродов лампы).

3.Среднеквадратическая ошибка

Таблица результатов измерений

Ua	Ic	Ia	Bkp
B	A	mA	Tл
100	0	17,8	0,010093
	0,5	17,8
	1	17,2
	1,5	8
	2	5,8
	2,5	4,6
	3	3,8
	3,5	3,2
	4	2,8
	5	2,4
120	0	24	0,010093
	0,5	23,8
	1	22,8
	1,5	10,2
	2	8
	2,5	6,6
	3	5,4
	3,5	4,4
	4	3,8
	5	3,2
140	0	29,2	0,010093
	0,5	29,2
	1	28
	1.5	10,2
	2	8,2
	2,5	8,2
	3	6,4
	3,5	5
	4	4,2
	5	3,4

Пример вычисления

1. Критическая индукция

2. Удельный заряд электрона

3. Среднеквадратическая ошибка

x₁= x₂=x₃=0,010093²=0,000102

Графики зависимостей анодного тока от тока через соленоид I_a = f(I_c)

Вспомогательная таблица

	8,68*106	1,04*107	1,22*107	3,13*107
	0,000102	0,000102	0,000102
	1,04*10-8	1,04*10-8	1,04*10-8	3,12*10-8
xi yi	555,52	842,4	780,8	2178,72
	7,53*1013	1,08*1014	1,48*1014	3,31*1014

Окончательный результат: н Кл/кг

Вывод: В результате исследования “сбросовых” характиристик магнетрона, был определен удельный заряд электрона, который равен н Кл/кг