05032013_3225 / РАБ.№2-2

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ИЖЕВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ

АКАДЕМИЯ»

Кафедра физики

Лаборатория электричества и магнетизма №2(114)

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА К МАССЕ

Отредактировано: доцентом Русских И.Т.

Ижевск 2013

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОШЕНИЯ ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА К МАССЕ

Приборы и принадлежности: 1) электрическая лампа с цилиндрическим анодом, 2) соленоид, 3) электроизмерительные приборы (амперметр, миллиамперметр), 4) выпрямитель для питания соленоида, анодной и накальной цепей.

В данной работе отношение определяется при помощи отклонения электронов постоянным магнитным полем в электронной лампе. Схема установки изображена на рис.1.

Рис.1.

На рисунке введены следующие обозначения: А – анод, Н — нить накала, К – катод, L – соленоид.

При нагревании катода лампы током из него вылетают электроны (термоэлектронная эмиссия), которые под влиянием электрического поля, создаваемого источником анодного напряжения, будут перемещаться от нити накала к аноду в радиальных направлениях с нарастающей скоростью (рис.2).

Рис. 2.

В анодной цепи возникает электрический ток, величина которого в известных пределах (до тока насыщения) будет изменяться в зависимости от анодного напряжения.

Рис.3

Если лампу поместить в соленоид так, чтобы нить накала совпадала с осевой линией соленоида, то при пропускании тока через соленоид возникает магнитное поле, и на движущиеся в лампе электроны будет действовать дополнительно сила Лоренца. Под действием силы траектории электронов окажутся изогнутыми как показано на рис. З.

Увеличивая напряженность магнитного поля соленоида, можно настолько изменить траекторию электронов, что они вообще не достигнут анода, а будут или вращаться вокруг катода, или возвращаться на него.

Н

Рис. 4

I_кр

I

аименьшая напряженность магнитного поля соленоида, при котором большинство электронов не достигает анода, называется критической Н_кр При критической напряженности анодный ток в лампе резко снижается.

Для определения электрона необходимо получить зависимость анодного тока лампы от напряженности В магнитного поля соленоида при неизменном анодном напряжении и постоянном напряжении накала нити. Зависимость анодного тока от напряженности магнитного поля обычно выражается в виде кривой, которая приведена на рис. 4. Так как напряженность магнитного поля в середине длинного соленоида пропорциональна проходящему по соленоиду току, то по оси абсцисс вместо Н можно откладывать значение тока I, протекающего по обмотке соленоида, а по оси ординат – величину анодного тока I_A . График такой зависимости показан на рис. 4. В точке Д (см. рис.4) , абсцисса которой соответствует , кривая должна была бы резко падать до нуля. Однако в действительности она спадает по кривой более плавно.

Критическое значение тока на кривой следует брать в месте наибольшего спада тока, т.е. в точке Д. Критическая напряженность магнитного поля, соответствующая точке Д, определяется по формуле: (1)

где – сила тока соленоиде, N – число витков соленоида; l – длина соленоида.

Найдем зависимость между для электрона и напряженностью магнитного поля в соленоиде. Для упрощения вычислений допустим, что:

1. электроны, вылетающие из катода, приобретают скорость, в непосредственной близости к катоду и дальнейшее их движение к аноду происходит с постоянной скоростью;

2. электрон приобретает указанную скорость только под действием напряжения, приложенного между анодом и катодом;

3. электроны при критической напряженности Н_кр под действием силы Лоренца двигаются по окружности радиуса: (2)

где R — расстояние от катода лампы до внутренней стенки цилиндрического анода.

Т.к. си­ <3)

F ^ж

Так как Икр перпенидикулярно скорости электрона v, то сила. Ло-~

l, являющаяся центростремительной, будет раема:

лв Лоренца раена: F = e*v*B = /l|₀.e#v*H

.ti-

% a i

*=■ m*v^a /г

Нз уравнений 13) и <4 5 получим: в/я = v/V|4*Hkp * /^ (5>

где m — масса электрона, кг*.

Если подставить это значение г>, а также значение г в уравнение

Скорость электрона можно выразить через напряжение U межуй анодом и катодом, исходя из энергетического соотношения? е*Цц = m»v*/2 C6> г^де в — заряд электрона, а л — em масса. Из уравнения (5) находим, что: v — -J ^е ^ (7)

С4>, <8)

то после преобразований получим: е/т = 8Уд //U_B В Нкр

10 Гн/М.

где

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Внешний вид установки показан на рис»5, где 1 - источник питания, 2 — электронная лампа; 3 — соленоид, 4 — амперметр «включать к клемме ЗА) для измерения тока соленоида; 5 — миллиамперметр <подклю­чать к клемме 2mA) для измерения тока анода.

I

2

5

3

1

6

4