4.2 Описание установки и метода измерений

Н а рис. 6.4 изображена электрическая схема той части установки, в которой используется магнетрон. Левая ее часть служит

Рисунок 6.4

для создания между сеткой С и катодом К разности потенциалов U, величина которой регулируется реостатом R₁ и измеряется вольтметром V. Миллиамперметр mА служит для измерения анодного тока. Правая часть схемы предназначена для создания и регулировки реостатом R₂ электрического тока в соленоиде магнетрона L, сила тока в соленоиде I_C измеряется амперметром А. Напряжение U_H создает ток накала в катоде.

Анодный ток I_A создается потоком электронов, которые испускаются катодом, ускоряются электрическим полем в пространстве между катодом и сеткой, затем двигаются с постоянной скоростью от сетки к аноду. Это движение происходит в магнитном поле с величиной индукции , причем скорость

53

перпендикулярна вектору магнитной индукции. Действие силы Лоренца на электроны приводит к тому, что траектория его движения превращается в окружность, радиус которой R определяется из формулы (6.3); (6.11)

Н

Рисунок 6.5

а рис. 6.5 изображено поперечное сечение магнетрона, где R_A - радиус анода А; R_C - радиус сетки С. Электрон, пролетевший сквозь сетку со скоростью v, движется по траектории Т, радиус которой R_K называется критическим. Траектория с критическим радиусом касается анода в одной точке. Расчет показывает, что

Радиус траектории, по которой движется электрон, зависит по формуле (6.11) от его скорости и величины магнитной индукции, они, в свою очередь, определяются разностью потенциалов между сеткой и катодом U и силой тока в соленоиде I_C. При различных значениях этих величин могут реализоваться две ситуации:

1) R > R_K, в этом случае электрон попадает на анод;

2) R < R_K, электрон не попадает на анод и возвращается к катоду.

М

Рисунок 6.6

етод измерения удельного заряда электрона с помощью магнетрона предусматривает создание между сеткой и катодом постоянной разности потенциалов U с последующим измерением зависимости анодного тока I_А от тока в соленоиде I_C. Типичный вид этой зависимости приведен на рис. 4.6. Увеличение силы тока в обмотке соленоида I_C приводит к увеличению магнитной индукции В по закону (6.8). Из формулы (6.11) следует, что при этом уменьшается радиус окружности, по которой движется электрон:

54

. Пока радиус траектории, по которой электроны движутся с минимальной скоростью v_min, остается большим, чем R_К, сила анодного тока не изменяется. При равенстве R=R_K сила тока в соленоиде называется критической, значение ее определяется условием

(6.12)

Если бы все электроны имели одинаковую скорость v_min, превышение током в соленоиде значения I_К привело бы к полному исчезновений анодного тока. Так как электроны имеют различные скорости, большие v_min, увеличению силы тока в соленоиде при значениях I_C > I_K приводит к постепенному уменьшению анодного тока. Характер зависимости I_A от I_C позволяет определить I_K, а подстановка в формулу (6.12) выражения (6.10) - получить рабочую формулу для вычисления удельного заряда электрона:

(6.13)

Рисунок 6.7

На рис. 6.7 изображено устройство электронно-лучевой трубки

осциллографа. Она представляет собой стеклянный баллон, из которого выкачан воздух до высокого вакуума. Электроды 2-5 образуют электронную пушку, создающую узкий пучок электронов 8, который фокусируется на экране 9. Экран трубки покрыт флюоресцирующим веществом и поэтому светится в месте попадания в него электронного пучка. Две пары параллельных пластин 6 и 7 служат для отклонения электронного пучка в вертикальном и горизонтальном направлениях.

55

Электронная пушка содержит в качестве источника электронов катод 2, который раскаляется спиралью 1. Цилиндрический электрод с отверстием 3 выделяет узкий пучок электронов. На него подается отрицательный относительно катода потенциал, изменяя величину которого можно регулировать число электронов в пучке и яркость пятна на экране. Поэтому электрод 3 называется управляющим. На пустотелый цилиндрический анод 5 подается большой положительный потенциал, ускоряющий электроны, анод называется ускоряющим. Второй анод 4 имеет более низкий потенциал, чем анод 5. Он образует электрическое поле, фокусирующее электронный пучок на экране и называется фокусирующим. Потенциалы на всех электродах создаются блоком питания осциллографа и регулируются с помощью ручек на передней панели прибора.

Таким образом, все электроны в электронно-лучевой трубке проходят ускоряющую разность потенциалов между катодом и ускоряющим анодом, они приобретают кинетическую энергию, задаваемую формулой (6.9). Ускоряющая разность потенциалов определяется конструкцией осциллографа, ее значение приведено в таблице параметров установки. На горизонтальные пластины подается переменное напряжение, которое вызывает отклонения электронного пучка в вертикальном направлении, из-за него светящаяся точка на экране осциллографа превращается в вертикальную линию. Расстояние от точки отклонения до экрана L=203 мм. В данной установке электронно-лучевая трубка находится внутри соленоида, создающего магнитное поле с индукцией, которая определяется формулой (6.8). Все электроны, изменившие свое направление движения из-за действия электрического поля горизонтальных пластин, должны пройти по винтовым линиям с одинаковым шагом h и собраться после этого в одной точке. Если шаг винтовой линии совпадает с величиной L, то эта точка приходится на экран, т.е. на экране осциллографа вертикальная линия снова превратится в точку. Это позволяет определить величину h. Из формулы (6.6) следует

.

Отсюда с учетом соотношений (4.8) и (6.9) получаем

(4.14)

56