III. Устройство и принцип действия магнетрона

В данной работе для определения удельного заряда электрона используется магнетрон. Магнетрон - это устройство, состоящее из вакуумной лампы и соленоида.

Лампа типа имеет катодв виде нити и анодв виде коаксиального цилиндра, соединенный с управ­лявшим электродом, сеткуи конусообразный экран, покрытый флюоресцирующим веществом (рис. 6а, 6б). Для того чтобы управляющая сетка не искажала поля внутри электронной лампы, её подсоединяют через большое сопротивление к аноду. При этом электрическое поле в лампе подобно полю двухэлектродной лампы, что учтено при выводе расчетной формулы.

Часть электронов, испускаемых катодом, движется радиально

в электрическом поле между катодом

и анодом, а часть - между катодом

и экраном. Попадая на экран, электро-

ны вызывают его свечение. экран

лампы позволяет проследить траекто-

рии движения электронов от катода к

экрану (аноду).

Напряжение на управляющем

электроде меньше, чем на экране, поэ-

тому управляющий электрод несколь-

ко ослабляет вблизи себя электронный

поток и на экране образуется тень в

виде сектора с прямолинейными края-

ми (рис. 7а).

При пропускании тока через соленоид

создаётся однородное магнитное поле ,

параллельное оси катода и перпендику-

лярное вектору скорости электронов . Траектории электронов искривляются

тем значительнее, чем больше индукция магнитного поля (т.е. ток в обмотке),

что отчётливо видно на экране лампы.

Рисунок 7б демонстрирует изгиб

краёв тёмного сектора , т.е.

траекторий электронов при наличии

магнитного поля.

При некотором токе в соленоиде, называемом критическим, траектории электронов становятся практически круговыми, и количество электронов, попадавших на анод и экран, становится незначительным. Экран становится весь темным, а анодный ток резко уменьшается (рис. 8).

Зависимость анодного тока ; в лампе от токав соленоиде называется сбросовой характеристикой магнетрона. Сбросовая характеристика позволяет определить критический ток в соленоиде и рассчитать удельный заряд электрона.

IV. Вывод расчётной формулы

Кинетическая энергия электронов приобретена ими за счет работы сил электрического поля между катодом и анодом. Из закона сохранения энергии:

, (11)

где - масса электрона;- заряд электрона;- скорость, приобретённая электроном под действием сил электрического поля между катодом и анодом;- разность потенциалов между катодом и анодом.

Напряжённость этого поля обладает цилиндрической симметрией, т.е.

(12)

где - линейная плотность заряда на катоде; - расстояние от катода до рассматриваемой точки поля; Ф/м - электрическая постоянная,.Поэтому наибольшее ускорение электрон получает вблизи катода и далее движется с постоянной скоростью , испытывая действие магнитного поля соленоида.

Магнитное поле в магнетроне создается током, текущем по обмотке соленоида. Это поле можно считать считается однородным и равным

, (13)

где Гн/м;- сила тока в обмотке;- число витков на единицу длины катушки.

Очевидно, скорость движения электронов и созданные электрическое и магнитное поля имеют взаимно перпендикулярные направления.

Учитывая уравнения (5) и (11), удельный заряд электрона можно определить формулой:

, (14)

где - магнитное поле в соленоиде;- радиус кривизны траектории.

Из формулы (13) видно, что с увеличением тока в обмотке соленоида магнитное поле будет также расти, а из формулы (6) следует, что с увеличением магнитного поля в соленоидерадиус кривизны траекторииуменьшится.

При некотором критическом значении

электроны начнут двигаться по окружности, возвращаясь на катод. Радиус окружности связан с радиусом анода соотношением:

,

С учётом формулы (13) уравнение (14) запишется следующим образом:

, (15)

где - постоянная лабораторной установки;- критическое значение тока в обмотке соленоида.

Выражение (15) является расчётной формулой для удельного заряда электрона, определяемого методом магнетрона. Критическое значение тока в обмотке соленоида находится из сбросовой характеристики (рис. 8)по участку наибольшего сброса. Параметрыиуказаны на панели лабораторной установки.