II. Приборы и принадлежности

1. Установка, включающая в себя блок питания, лампу-диод и соленоид.

2. Вольтметр.

3. Миллиамперметр.

4. Микроамперметр.

5. Соединительные провода.

III. Описание экспериментальной установки и метода измерения

Для экспериментального определения удельного заряда электрона испо­льзуется электровакуумный диод (электронная лампа с цилиндрическим анодом, расположенным коаксиально с нитевидным катодом), помещенный в однородное, направленное параллельно катодуК, магнитное поле, создаваемое соленоидом L.

На рис.4 обозначены: К-катод, А-цилиндрический анод, r_а - радиус анода, r_с - радиус соленоида, l - длина соленоида, Бн - батарея накала, Б_А- батарея анодная, - индукция магнитного поля,- напряженность, электрического поля. Стрелками указаны направления векторови.

При нагревании катода в результате термоэлектронной эмиссии из не­го вылетают электроны. При этом они движутся от катода к аноду под действием электриче­ского поля , возникновение которого обусловлено разностью потенциалов, приложенной между анодом и катодом. В отсутствие магнитного поля (В = 0) эмитированные электроны движутся в электрическом поле к аноду в направлении,создавая анодный ток (рис. 5, а).

Если замкнуть ключом цепь соленоида, то ток, который по нему потечет, будет создавать магнитное поле. При этом на движущиеся электроны начинает действовать сила Лоренца, искривляя траектории электронов.

При небольших значениях индукции магнитного поля, радиус кривизны имеет достаточно большое значение (см. формулу (7)), поэтому все электроны достигают анода и анодный ток не изменяется по величине (рис. 5, б).

С ростом индукции магнитного поля радиус кривизны уменьшается и траектории электронов все больше искривляются. При некотором значении=(-критическое значение индукции) траектории искривляются так, что только касаются по­верхности анода (рис. 5, в).

При >радиус кривизны траекторииR уменьшается на столько, что электроны не достигая анода, возвращаются обратно на катод. Анодный ток при этом прекращается (рис. 5, г).

На рис. 6 представлена зависимость анодного тока I_a от индукции В поля соленоида.

В идеальном случае характеристика должна иметь вертикальный спад анодного тока I_a до нуля при критическом значении индукции (на рис. 6 – пунктирная линия). Практически же этот спад не имеет места, т. к. электроны, движущиеся от катода к аноду, имеют различные скорости.

При значении индукциидиаметр круговой траектории элек­трона равен расстоянию от катода до анода (рис.5, в).

2R=r_a (12)

где r_а - радиус анода;

R - радиус кривизны траектории электрона.

Подстaвив (12) в (11) получим:

(13)

Величина вектора магнитной индукции поля, создаваемого длинным соленоидом (l >r_а) определяется по формуле:

B=μμ₀nI_c (14)

где - плотность намотки (число витков, приходящееся на единицу длины),N - число витков в соленоиде, l - длина соленоида,

I_с – сила тока, протекающего через соленоид.

Подставив значение из соотношения (14) в (13), получим расчетную формулу для определения удельного заряда электрона:

, (15)

где I_скр - сила тока в соленоиде, соответствующая критическому значению индукции в_кр.

Значенияr_а и n даны в таблице, прилагаемой к установке. r_а=9,5мм; n=10000·Вит/м

Электрическая схема установки для измерения представлена на рис.7

примечание. На схеме соленоид условно изображен рядом с лампой; в действительности же, как указывалось выше, диод находится внутри соленоида.