Порядок выполнения работы

1. Собрать цепь согласно схеме (рис 2).

2. Не замыкая ключ , включить трансформатор в цепь переменного тока (замкнуть ключ).

3. Записать показания вольтметров и.

4. По формуле (4) рассчитать коэффициент трансформации .

5. Замкнуть ключ , установить реостатом ток.

6. Записать показания амперметра и вольтметрав первичной цепи, а также вольтметраи амперметраво вторичной цепи.

7. По формуле (7) рассчитать кпд.

8. Пункты 5,6,7, повторить для других значений токов (значения токовуказывает преподаватель).

9. Данные опытов занести в таблицу.

Таблица

№	, А	, В	, А	, В
1			0
2			1
3			2
4			3

Контрольные вопросы

1. В чем заключается явление электромагнитной индукции, самоиндукции, взаимной индукции?

2. Записать и сформулировать уравнение Фарадея.

3. Сформулировать правило Ленца.

4. Устройство и работа трансформатора.

5. Для чего применяется трансформатор?

6. Что называется коэффициентом трансформации и коэффициент полезного действия трансформатора?

7. Можно ли трансформировать постоянный ток?

8. Почему сердечник трансформатора набирают из отдельных листов стали?

~

Рис 2.

Литература

1. Курс общей физики А.С. Шубин

2. Курс физики Р.И. Грабовский

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА

МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА

Приборы и принадлежности: электронная лампа, соленоид, микроамперметр, вольтметр, реостат, источник постоянного тока, УИП-1, ключ.

Цель работы: экспериментально определить удельный заряд электрона.

Теоретическое введение

Удельным зарядом электрона называется отношение заряда электрона к его массе:.

В настоящей работе отношение для электрона определяется при помощи метода, получившего название«метода магнетрона». Это название связано с тем, что применяемая в работе конфигурация электрического и магнитного полей очень напоминает конфигурацию полей в магнетронах – генераторах электромагнитных колебаний в области сверхвысоких частот.

В качестве магнетрона можно использовать двухэлектродную электронную лампу с цилиндрическим анодом и катодом, расположенным вдоль оси цилиндрического анода так, что электрическое поле направлено по радиусу.

Движение электронов в этом случае происходит в кольцевом пространстве, заключенном между катодом и анодом двухэлектродной электронной лампы. Лампа помещается внутри соленоида, создающего магнитное поле, параллельное катоду.

Рассмотрим траекторию электронов, движущихся под действием рассматриваемой комбинации электрического и магнитного полей.

Электроны, испускаемые раскаленным катодом, под действием электрического поля между катодом и анодом движутся по радиальным траекториям к аноду при отсутствии магнитного поля ().

Если по соленоиду пропустить ток, то на движущийся электрон со стороны магнитного поля будет действовать сила Лоренца

, (1)

где - заряд электрона;

В – индукция магнитного поля;

- скорость электрона;

- угол между и.

Так как, а, формула (1) примет вид:

(1а)

Сила Лоренца всегда направлена перпендикулярно скорости движения заряда и поэтому она работы не совершает. Она изменяет только направление скорости , а величина скорости и кинетическая энергия заряда при его движении в магнитном поле не изменяются.

По мере увеличения индукции магнитного поля (усиления силы тока соленоида) траектории электронов будут все более искривляться, а при некотором “критическом” значении индукции магнитного поля электроны перестанут достигать анода и по замкнутым траекториям будут возвращаться обратно на катод (рис 1).

b -

Рис 1

Под действием силы Лоренца электроны приобретают нормальное ускорение. На основании 2 закона Ньютона можно записать

(2)

Приравнивая правые части уравнений (1а) и (2), получим:

, (3)

где - масса электрона;

- радиус кривизны траектории электрона в магнитном поле.

При критическом значении индукции магнитного поля радиус кривизны траектории электрона равен:

, (4)

где b – радиус цилиндра анода

- радиус нити катода.

Так как <<b, то (5)

Из формулы (3), учитывая равенство (5), найдем удельный заряд электрона для критического значения индукциимагнитного поля:

=(6)

При движении электронов в электрическом поле от катода к аноду совершается работа , где- разность потенциалов между катодом и анодом. Эта работа равна кинетической энергии электрона:

(7)

Отсюда найдем скорость электрона

Подставив это выражение в формулу (6), найдем:

(8)

Индукция В магнитного поля, создаваемого током соленоида, в СИ определяется по формуле:

, (9)

где =- магнитная постоянная;

= 1 - магнитная проницаемость среды;

- сила тока, протекающего по соленоиду;

N – число витков соленоида;

- длина соленоида;

и - углы, между осью соленоида и радиусом – вектором, проведенном из рассматриваемой точки к концам соленоида.

Рис 2

Подставив значение в формулу (8), получим расчетную формулу для:

(10)

Принципиальная схема установки, изображена на рис 3, состоит из трех электрических цепей: анодной цепи, цепи катода и цепи соленоида. Анодная цепь состоит из анода, микроамперметра, потенциометра , вольтметра, катода и питается от источника постоянного тока.

Цепь соленоида состоит из соленоида, миллиамперметра, реостата , ключа К₁и питается от источника постоянного тока (0-400 В). Для накала катода лампы подается напряжение 2,15 В от УИП.