2. Экспериментальная часть

2.1. Цель работы

1. Ознакомление с методом скрещенных полей.

2. Определение отношения заряда электрона к его массе.

2.2. Приборы и оборудование

Источник питания, двухэлектродная индикаторная электронная лампа, соленоид, вольтметр, миллиамперметр, реостаты.

2.3. Описание экспериментальной установки

Основной частью экспериментальной установки является электронная лампа, размещенная внутри катушки (соленоида), рис. 4. Электроны в лампе под действием разности потенциалов (электрического поля) летят от катода к аноду, покрытого люминофором. При попадании электронов на анод, люминофор светится, поэтому можно видеть траектории электронов. Соленоид, внутри которого находится лампа, создает магнитное поле. Таким образом, реализуется метод скрещенных полей – электрического (в лампе) и магнитного (в соленоиде).

Рассмотрим экспериментальную установку подробнее. В середине соленоида, вдоль его оси, расположена двухэлектродная электронная лампа, рис. 4. Схема ее подключения изображена на рис. 5. Источником электронов в лампе является накаленная спираль катод – К. Анодом служит цилиндрический экран, покрытый слоем люминофора. Между катодом и анодом создано напряжение U (которое ускоряет электроны). Это напряжение (и, следовательно, скорость электронов) регулируется реостатом R и контролируется вольтметром V (рис. 5).

Между катодом и анодом помещена узкая полоска С, которая не пропускает электроны к аноду (за полоской люминофор не светится, на экране возникает темный сектор – рис. 6а, вид сверху) При включении электрического тока в соленоиде возникает магнитное поле, линии индукции которого перпендикулярны направлению электрического поля лампы и направлению движения электронов. На электроны действует сила Лоренцa, которая служит причиной движения электронов по дуге окружности. При этом на экране лампы темный сектор выгибается – возникает картина, которая изображена на рис. 6б.

Ток через соленоид регулируют с помощью реостата и измеряют миллиамперметром.

2.4. Вывод расчетной формулы

Регулируя реостатом силу тока I₀, протекающего через соленоид, можно подобрать такое значение магнитной индукции поля В₀, при котором траектория движения электронов в лампе будет представлять собой окружность, касательную к аноду лампы, рис. 6б. Траектория движения электронов имеет вид окружности радиуса r. Вектор магнитной индукции перпендикулярный плоскости рисунка. Как видно из рис. 6б, радиус окружности r, которую описывают электроны, в два раза меньшие радиуса анода r_А

.

(6)

Магнитная индукция поля соленоида, диаметр которого близок к его длине (короткий соленоид) дается формулой:

,

(7)

где μ – магнитная проницаемость среды в соленоиде (в воздухе );

- магнитная постоянная;

– число витков соленоида на единицу его длины, а – общее число витков соленоида и L – его длина;

D – средний диаметр соленоида.

Подставив в (5) выражение магнитной индукции соленоида (7) и радиуса окружности, по которой движутся электроны (6), будем иметь:

,

(8)

где

(9)