Фізика / Лаб_роботи / Електромагнетизм / 2-8
.docЛабораторна робота №2-8
Лабораторна робота № 2-8
Знаходження питомого заряду для електрона
Мета роботи: Ознайомитися з принципом дії магнетрону, знайти питомий заряд електрону.
Обладнання: лабораторна установка, амперметр, вольтметр, міліамперметр.
Теоретичні відомості
Питомий заряд електрону, або відношення заряду до маси () , є важливою квантовою характеристикою цієї частинки. Варто зауважити, що механічний () та магнітний () моменти електрону під час його руху навколо ядра пов'язані саме через питомий заряд:
|
(1) |
В магнітному полі на електрон, що рухається зі швидкістю , діє сила Лоренца, яка дорівнює :
(2) |
Д е -вектор імпульс електрону, а -вектор індукції магнітного поля.
Під дією цієї сили електрон рухається по дузі кола з радіусом , який дорівнює:
|
(3) |
Припустимо, що електрон рухається у вакуумній лампі від циліндричного катоду (радіуса ) до циліндричного аноду (радіус ), так як це показано на малюнкові 1. Тоді у відсутності магнітного поля модуль імпульсу електрона дорівнюватиме :
|
(4) |
де - напруга між анодом та катодом. Радіус дуги кола, по якому рухається електрон в магнітному полі, дорівнюватиме:
|
(5) |
Як видно з малюнку 1, (випадок 3 ) при певному критичному магнітному поля , радіус дуги може стати рівним критичному радіусу:
|
(6) |
Тоді більшість електронів взагалі перестануть потрапляти на анод а анодний струм повинен різко впасти.
Критичне магнітне поле ( "поле відсічки " ) дорівнює :
|
(7) |
Таке поле можна створити, умістивши нашу вакуумну лампу в соленоїд, який матиме на одиницю довжини витків, і по якому тече струм . Де - кількість витків та довжина соленоїда. В такому разі маємо:
|
(8) |
Де Гн/м – магнітна стала. Вирішуючи рівняння (6) відносно питомого заряду, маємо остаточну розрахункову формулу у вигляді:
|
(9) |
Ефект різкого падіння анодного струму в залежності від струму через соленоїд має назву магнетронного.
Опис експериментальної установки
Лабораторна установка дозволяє досліджувати характер руху потоку електронів під дією електричного та магнітного полів.
Установка виконана у вигляді окремого блоку, принципову схему якого наведено на малюнку 3. Вона складається з наступних елементів:
-
Вакуумного діоду 6Е5С, навколо якого розміщена котушка соленоїда С;
-
Випрямлячів ВД1 для живлення соленоїду постійним струмом та ВД2 для створення постійного електричного поля між анодом (А) та катодом (К) вакуумного діоду;
-
Реостатів R1, призначеного для зміни величини струму соленоїда, та R2, який регулює величину анодної напруги вакуумного діоду;
-
Вимірювальних приладів:
-
Амперметра А для вимірювання струму соленоїда
-
Вольтметра V для вимірювання анодної напруги діода
-
Міліамперметра mA для вимірювання анодного струму діоду
-
-
Ключів
-
К1 для подачі на установку напруги мережі 220В
-
К2 для подачі анодної напруги на діод
-
К3 для подачі живлення на соленоїд
-
-
Трансформатора Тр для подачі певних напруг на випрямлячі ВД1 та ВД2 та напруги розжарення катода вакуумного діоду.
Параметри приладів:
-
кількість витків соленоїда
-
довжина соленоїда м
-
радіус катода діода 6Е5С м
-
радіус аноду м
Порядок виконання роботи :
-
З’ясувати розташування та призначення функціональних елементів лабораторної установки.
-
Ввімкнути установку в мережу та ключем К1 подати напругу на трансформатор Тр.
-
Ввімкнути ключ К2 та за допомогою R2 за вольтметром V встановити анодну напругу на діоді 40В.
-
Ввімкнути ключ К3 для подання живлення на соленоїд С та, змінюючи струм соленоїда від мінімального до 1,6 А через кожні 0,1 А, зняти залежність анодного струму діоду Іа від струму соленоїду Іс.
-
Результати вимірювань занести в таблицю:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обробка результатів
Побудуйте графік залежності . Значення критичного струму визначається екстраполяцією лінійної ділянки побудованого графіку до перетинання з віссю абсцис, як це показано на мал.2.
Контрольні запитання
-
Поясніть особливості сили Лоренца.
-
Сформулюйте закон Біо-Савара-Лапласа .
-
Чому дорівнюють магнітні поля витка із струмом? Соленоїда?
-
Пояснити форму отриманої залежності струму анода від струму соленоїда .
-
Як рухається заряджена частинка в магнітному полі? Пояснити залежність траєкторії руху зарядженої частинки від її властивостей та характеру поля.
Рекомендована література
-
Кучерук І.М., Горбачу І.Т. Загальна фізика: Електрика і магнетизм: Підручник. – К.: Вища шк., 1995. С.215-293.
-
Загальні основи фізики: У двох книгах. Кн.2. Електродинаміка. Атомна та субатомна фізика: Навч. посібник/ За ред. Д.Б.Головка, Ю.Л.Ментковського. – К.: Либідь, 1998. – С.52-63.
-
Бушок Г.Ф., Левандовський В.В., Півень Г.Ф. Курс фізики: Навч.посібник: У 2 кн. Кн..1. Фізичні основи механіки. Електрика і магнетизм. – К.: Либідь, 2001. С.329-363.
-
Зачек І.Р., Кравчук І.М. та ін. Курс фізики: навчальний підручник. – Львів: Видавництво “Бескид Біт”, 2002. С.144-160.
©2004
-