Эл.магнетизм_ метод.указ. к лаб

4.Что такое электронное облако?

5.Сформулируйте закон Богуславского-Ленгмюра и Ричардсона-Дэшмана.

6.По какому закону изменяется анодный ток в электронной лампе в зависимости от анодного напряжения?

7.Как зависит плотность тока насыщения от температуры катода?

8.Какие существуют эмиссионные явления и области их применения?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10. ИЗУЧЕНИЕ РАБОТЫ ТРЕХЭЛЕКТРОДНОЙ ЛАМПЫ

Цель работы: Ознакомление с принципом работы трехэлектродной лампы и методом определения основных параметров

Приборы и принадлежности: Трехэлектродная лампа, источник постоянного анодного напряжения до 250-300 В (выпрямитель), источник сеточного напряжения до 12 В, источник тока накала с переменным напряжением 6,3 В, вольтметр на 150 В, В, вольтметр на 15 В, миллиамперметр до 40 мА, реостат на 2000 Ом, реостат на 50 Ом, переключатель.

Методика и техника эксперимента

Для экспериментального изучения работы трехэлектродной лампы используется электрическая цепь, схема которой изображена на рисунке.

В сеточной части цепи установлен переключатель, позволяющий изменять сеточное напряжение с прямого (сетка соединена с положительным полюсом батареи E1) на обратное (сетка соединена с отрицательным полюсом батареи E1). Величину сеточного напряжения можно регулировать с помощью потенциометра R1. Требуемая величина анодного напряжения устанавливается с помощью потенциометра R2. Величина анодного тока измеряется миллиампер-

61

метром, включенным в анодную часть цепи, а анодное и сеточное напряжения -

вольтметрами Va и Vс.

Для определения параметров триода следует построить сеточные характеристики при двух значениях анодного напряжения Ua1 и Ua2. На линейном участке графика выбрать два значения сеточного напряжения Uc1 и Uc2. На построенных кривых обозначить точки, соответствующие выбранным значениям сеточного напряжения (точки А, В и D).

Ia1 A D

Uc зап 0 Uc1 Uc2 Uc

На линейных участках производные можно рассчитывать как отношение конечных приращений тока и напряжений. Введем обозначения Ia Ia 2 Ia1 ,

Ua Ua 2 Ua1, Uc U c2 U c1 .

Для дифференциального или внутреннего сопротивления триода фор-

мула имеет вид:

Коэффициент усиления , крутизна сеточной характеристики S и внутреннее сопротивление Ri связаны между собой соотношением, носящим назва-

ние уравнением связи параметров лампы:

62

Порядок выполнения работы

1.Ознакомиться с экспериментальной установкой. Включить выпрямитель, прогреть его в течение 5 минут.

2.Заполнить таблицу с данными об амперметре и вольтметрах, рассчитать цену деления и абсолютную погрешность каждого прибора.

3.С помощью реостата R2 установить анодное напряжение Ua1 = 80 В.

4.С помощью переключателя К1 подать на сетку отрицательное относительно катода напряжение.

5.Увеличивая сеточное напряжение с помощью реостата R1, добиться такого его значения Uc зап, при котором прекращается анодный ток. Это значение занести в таблицу 3.3.

6.С шагом в 1В увеличивать напряжение на сетке от Uc зап до Uc = 0, снимая показания анодного тока и занося полученные значения в таблицу.

7.С помощью переключателя К2 подать на сетку положительное относительно катода напряжение.

8.Увеличивая напряжение на сетке до 6 В с шагом 1 В, снять показания анодного тока и занести результаты измерений в таблицу.

9.С помощью реостата R2 установить анодное напряжение Ua2 = 120 В.

10.Повторить измерения, выполняя пункты 4-8.

11.По данным измерений построить на миллиметровке сеточные характеристики для двух значений анодного напряжения Ua1 = 80 В и Ua2 = 120 В.

12.По построенным сеточным характеристикам с помощью формул (3.4) – (3.6) рассчитать внутреннее сопротивление Ri, крутизну S и статический коэффи-

циент усиления для линейного участка характеристики.

13.Проверить уравнение связи параметров лампы, используя формулу (3.7).

Та б л и ц а 3.3

Контрольные вопросы

1.Что такое работа выхода электрона из металла?

2.Какое явление называется термоэлектронной эмиссией?

3.Расскажите об устройстве трёхэлектродной лампы.

4.Что такое анодная и сеточная характеристики триода?

63

5.Назовите основные параметры триода, дайте их определения.

6.Как экспериментально получить основные параметры триода?

IV. ПОСТОЯННОЕ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

4.1. Магнитное поле и его характеристики. Закон Ампера.

Опыт показывает, что, подобно тому, как в пространстве, окружающем электрические заряды возникает электрическое поле, в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты, возникает силовое поле, которое называется магнитным.

Источники магнитного поля:

1)проводники с током; 2) намагниченные тела; 3) переменное электрическое поле.

Идеальные модели:

1)движущийся электрический точечный заряд qV (V – скорость);

2)Элемент тока Idl, где. dl – длина участка проводника, направление которого совпадает с направлением тока.

Силовая характеристика магнитного поля В – вектор магнитной индукции. Помещенный в какую-либо точку поля «пробный» элемент тока Idl испытывает действие силы:

Если α = π/2, т.е. Idl перпендикулярно вектору В, а значит dF максимальна. Таким образом:

определение силовой характеристики магнитного поля В. Единица магнитной индукции – Тесла: 1 Тл = 1 Н/(А∙м).

Формула (4.1) – закон Ампера, dF – сила Ампера.

Если В = const – поле однородное. Направление dF находится по правилу векторного произведения – правилу левой руки (правило буравчика) (рис.4.1).

Магнитная сила dF не является центральной, т.е. не является консервативной.

Графически магнитное поле изображается в виде линий В – силовых линий магнитного поля (рис. 4.2). Это такие линии, которые проводятся так, что вектор В в каждой точке силовой линии направлен по касательной к ней. Направление силовых линий и вектора В определяется по правилу буравчика.

64

гда не возвращаясь вторично в любую точку поверхности.

4.2. Поле точечного заряда, движущегося с V=const и V<< c (нерелятивистский случай)

65

Закон Био-Савара-Лапласа позволяет найти индукцию магнитного поля в данной точке пространства от любой системы проводников с током. Для этого нужно воспользоваться принципом суперпозиции:

ные (индукция магнитного поля от прямолинейного проводника или на оси кругового проводника с током).

Определим магнитную индукцию на оси витка с током на расстоянии Х

нический веер. Из соображений симметрии можно заключить, что результи-

4.4. Индукция магнитного поля соленоида

Для создания магнитного поля в технике используется соленоид – цилиндрическая катушка, состоящая из большого числа витков, равномерно намотанных на общий сердечник (рис. 4.5).

66

Рассмотрим соленоид длиной L, имеющий N витков, по которому течет ток I. Длину соленоида считаем во много раз большей, чем диаметров его витков. Магнитное поле такого соленоида целиком сосредоточено внутри него и однородно. Снаружи соленоида поле мало и его практически можно считать равным нулю. Величину индукции магнитного поля соленоида можно найти, складывая магнитные индукции полей, создаваемых каждым витком соленоида. Так как витки соленоида намотаны вплотную друг к другу, на длине dx сосре-

доточено dN NL dx витков. Суммарный ток, протекающий по кольцу, толщи-

ной dx, равен IdN I NL dx . В точке, находящейся на оси соленоида каждое та-

кое кольцо создает магнитное поле, согласно (4.7), равное:

При интегрировании соленоид считаем бесконечным. Как видно из (4.9) магнитное поле соленоида зависит от плотности намотки – числа витков на единицу длины соленоида N / L .

B

dx x

Рис.4.5

4.5. Магнитный поток

Потоком вектора магнитной индукции (магнитным потоком) через пло-

где Вn – проекция вектора В на направление, перпендику-

Влярное к площадке dS; α – угол между вектором нормали n и вектором В. Положительное направление нормали связа-

αно правилом правого винта с током, текущим по контуру,

n

dS

67

ограничивающему площадку dS. Магнитный поток Ф через произвольную поверхность S можно представить в виде:

Абсолютная величина магнитной силы:

F = qvB Sinα ,

где α – угол между векторами V и В.

V V

y

B R

x α

Рис. 4.6

По правилу векторного произведения магнитная сила F перпендикулярна плоскости, в которой лежат вектора V и B.

Если q>0, магнитная сила F совпадает с направлением векторного произведения [V,B], если q<0, то противоположно.

Для положительного заряда, движущегося в магнитном поле, как показано на рисунке 4.6, сила F направлена вдоль отрицательного направления оси Z. Продольная компонента скорости Vll под действием магнитного поля изменяться не будет и движение заряженной частицы вдоль оси Х – равномерное. Результирующее движение частицы – по винтовой линии (рис.4.6). Спираль может быть как правой, так и левой в зависимости от знака заряда q.

Радиус спирали R найдем из условия, что при равномерном движении частицы по окружности сила F является центростремительной силой:

qV B m V 2 , R

где m – масса заряженной частицы. Отсюда:

R mV mVSin . qB qB

Время, за которое частица совершит полный оборот (период):

68

пропустить ток I1, то он создает поток магнитной индукции через контур 2:

Коэффициент пропорциональности L21 называют коэффициентом взаимной ин-

дукции контуров (взаимная индуктивность контуров). Он зависит от формы и взаимного расположения контуров 1 и 2, а также от магнитных свойств окружающей среды.

При изменении силы тока в первом контуре магнитный поток сквозь второй контур изменяется; следовательно, в нем наводится ЭДС взаимной индук-

Формула справедлива в отсутствие ферромагнетиков.

Если поменять местами контуры 1 и 2 и повторить все предыдущие рассуждения, то получим:

Коэффициенты взаимной индукции равны:

L21 = L12 .

V. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВЕЩЕСТВЕ

5.1. Магнитные моменты электронов и атомов

Некоторые вещества, помещенные в магнитное поле, становятся носителями магнитного поля, т.е. являются магнетиками. Для объяснения этого эффекта можно воспользоваться гипотезой Ампера.

В любом веществе существуют микротоки, обусловленные движением

70