39. Описание установки

Экспериментальное определение для электрона осуществляется при помощи трехэлектродной лампы, помещенной в однородное магнитное поле. Схема подключения трехэлектродной лампы на рис. 3.

Конструктивно анод этой лампы представляет собой цилиндр, вдоль оси которого натянута нить, являющаяся катодом лампы. Вокруг катода намотана спираль, являющаяся сеткой. Расстояние между сеткой и анодом равно r. Трехэлектродная лампа подключается так, что ее сетка соединяется с анодом. Благодаря этому электрическое поле существует только между катодом и сеткой и отсутствует между сеткой и анодом.

Электрон ускоряется электрическим полем, приобретает скорость

и движется прямолинейно по радиусу в пространстве между катодом и сеткой.

При подаче на анод положительного потенциала в анодной цепи возникает ток, величину которого можно измерить амперметром A₁.

Для создания магнитного поля лампу помещают внутри соленоида. При прохождении тока в цепи соленоида в нем возникает магнитное поле, индукция которого

, (7)

где I– ток в соленоиде, измеряемый амперметром А₂(см. рис. 3);

n – число витков на единице длины соленоида;

- относительная магнитная проницаемость среды;

- магнитная постоянная.

Электрон, попадая в поперечное магнитное поле между сеткой и анодом, начинает двигаться по кривой под действием силы Лоренца. Электроны продолжают при этом попадать на анод (см. рис. 4, а). С увеличением тока в соленоиде увеличивается индукция магнитного поля соленоида. Постепенно увеличивая индукцию и, следовательно, уменьшая радиус траектории электронов, можно добиться, чтобы при некотором значении электроны совсем не попадали на анод (см. рис. 4, б, в).тогда амперметр, включенный в цепь анода, покажет отсутствие тока.

При этом радиус окружности, по которой вращается электрон, должен быть меньше половины расстояния r между сеткой и анодом:

, (8)

Подставляем в формулу (6) значение радиуса (8) и индукцию (7), получаем

. (9)

Магнитная постоянная , а относительная магнитная проницаемость среды(электрон движется в вакууме). Подставив эти значения в формулу (9), получим следующую расчетную формулу для вычисления удельного заряда электрона

. (10)

Электроны, испускаемые нагретым катодом, обладают различными скоростями, поэтому критические условия достигаются для разных электронов при разных значениях индукции магнитного поля соленоида. Расчет ведется по величине тока соленоида, при котором большинство электронов не достигает анода. При этом наблюдается наиболее резкий спад анодного тока в триоде. Чтобы определить это значение токаI , строят график зависимости анодного токаот тока в соленоиде, откладывая по оси абсцисс ток в соленоиде, по оси ординат анодный ток.

График имеет резко спадающую часть, продолжая которую до пересечения с осью абсцисс, получим ток в соленоиде, при котором большинство электронов не попадает на анод (рис. 5).

40. Выполнение работы

1. Собрать электрические цепи по схемам (см. рис. 3).

2. Установить потенциометром постоянное напряжение на аноде.

3. Увеличивая ток в соленоиде от нуля, снять 7 значений анодного тока и соответствующих значений тока в соленоиде.

4. Данные измерения занести в таблицу 1.

Таблица 1

Номер измерения	U
	В	мА	А
1
2
3
4
5
6
7

5. Построить график зависимости анодного тока от тока в соленоиде и определить из графика значение тока соленоида, при котором большинство электронов не попадает на анод.

6. Вычислить удельный заряд электрона по формуле

,

7. Для проверки правильности результата вычислить относительную погрешность:

,

где - теоретическое значение удельного заряда электрона;

|e| = 1,610^-19Кл;

m= 9,110^-31кг;

- экспериментальное значение удельного заряда электрона.

8. При необходимости повторить эксперимент при другом постоянном напряжении на аноде.