Описание лабораторной установки

В работе используется миниблок «Магнетрон». Он представляет собой электронный вакуумный диод 3Ц18П, помещённый в цилиндрическую катушку. Диод имеет нитевидный катод диаметром 1 мм и коаксиальный цилиндрический анод диаметром 10 мм. Анод выполнен из ферромагнитного материала.

Магнитное поле создается путем пропускания постоянного тока через катушку. Длина катушки () и число витков () указаны на этикетке миниблока. Для усиления магнитного поля катушка охвачена стальным экраном (внешним магнитопроводом).

Среднее значение магнитной индукции внутри катушки можно рассчитать по приближённой формуле:

. (18)

Здесь - магнитная постоянная, - сила тока в катушке.

Порядок выполнения работы

1. Из набора миниблоков выберите миниблок «Магнетрон» и установите его на наборном поле так, как показано на рисунке 8.

2. Соберите электрическую цепь так, как показано на монтажной схеме. Для измерения тока в катушке (А1) используйте левый мультиметр, установив на нём предел измерения 200 мА, а для измерения анодного тока (А2) – правый мультиметр, установив предел измерения 5 мА.

3. Включите блок генераторов напряжений и регулятором постоянного напряжения установите первое значение тока в катушке 100 мА. Значения тока в катушке и анодного тока запишите в таблицу результатов измерений.

4. Увеличивая ток в катушке до максимально возможного значения, снимите зависимость ; количество экспериментальных точек должно составлять не менее десяти. Результаты измерений занесите в таблицу.

Таблица: Результаты измерения силы анодного тока

в зависимости от тока в катушке.

№	Ток в катушке , мА	Анодный ток , мА	Приращение тока в катушке , мА	Приращение анодного тока , мА

5. Вычислите приращения анодного тока и тока в катушке по формулам:

, (19)

. (20)

6. Для каждого значения тока в катушке с порядковым номером i (), вычислите приближенное значение скорости убывания анодного тока с ростом тока в катушке^, по формуле:

. (21)

7. Постройте графики зависимостей и . Примерный вид графиков приведен на рисунке 9.

8. Определите значение критического тока в катушке I_кр, при котором анодный ток убывает наиболее быстро. Это можно сделать двумя способами: по графику функции (точка перегиба кривой), или по графику функции (точка максимума кривой) (рис. 9).

9. Установите регулятором напряжения критический ток в катушке, измерьте и запишите значение напряжения между анодом и катодом лампы. Для этого необходимо:

• отключить один из мультиметров, вставить в наборное поле вместо него перемычку,

• переключить второй мультиметр в режим измерения постоянного напряжения и подсоединить его вход «COM» к катоду лампы (т. е. к гнезду «-15 В» наборного поля), а вход «V» - непосредственно к аноду лампы (но не к гнезду «+15 В», так как в анодной цепи лампы установлено сопротивление для ограничения тока).

10. Оцените критическое значение магнитной индукции и удельный заряд электрона по приближённым формулам:

; (22)

. (23)

В этих выражениях:

• - число витков катушки;

• - длина катушки;

• - напряжение между анодом и катодом при критическом токе;

• - радиус цилиндрического анода.

11. Сравните полученный результат с табличным значением удельного заряда, оценив относительную погрешность экспериментального значения удельного заряда по формуле:

% (24)

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое удельный заряд? Какое значение имеет эта величина?

2. Что такое сила Лоренца? Как определяется величина и направление силы Лоренца?

3. Электрон влетает в однородное магнитное поле. По какой траектории он будет двигаться, если его скорость

• параллельна вектору магнитной индукции;

• перпендикулярна вектору магнитной индукции;

• составляет острый угол с вектором магнитной индукции?

4. Покажите, что сила Лоренца не совершает работы над заряженной частицей.

5. Объясните, почему величина анодного тока в магнетроне изменяется с изменением силы тока в катушке.

6. Объясните, почему зависимость анодного тока от тока в катушке () имеет вид, приведенный на рисунке 9.

7. Какой физический смысл имеет производная ? Какой ток принимается за критический?