Содержание отчета

1. Формулировка цели работы.

2. Основные формулы.

3. Экспериментальные данные в табличной форме.

4. Графики зависимостей.

5. Примеры вычисления значений R_хл, B, n и их погрешностей.

Контрольные вопросы

1. Какая сила действует на заряд в магнитном поле? Чему равна величина силы и как определяется ее направление?

2. В чем заключается эффект Холла?

3. От чего зависит величина ЭДС Холла?

4. Какие данные о проводниках и полупроводниках можно получить на основе экспериментального исследования эффекта Холла?

5. Как рассчитать концентрацию носителей тока, используя эффект Холла?

6. Во сколько раз отличается концентрация носителей тока в металлической пластинке, по сравнению с концентрацией в полупроводниковом датчике Холла?

7. Как определить знак носителей тока в полупроводниковом датчике Холла?

8. Как определить индукцию магнитного поля в зазоре катушки электромагнита с помощью датчика Холла?

Работа 8. Определение удельного заряда электрона методом магнетрона

Цель работы – определить удельный заряд электрона по «сбросовым» характеристикам магнетрона.

Общие сведения

В упрощенном виде магнетрон представляет собой вакуумный диод, состоящий из двух коаксиальных цилиндров, катода радиусом а и анода радиусом b, который помещен во внешнее однородное магнитное поле , направленное вдоль оси цилиндров. Между катодом и анодом приложено напряжение U_а, создающее электрическое поле ^ ( ).

Под действием электрического поля электрон движется ускоренно, и его скорость определяется величиной анодного напряжения:

.

На движущийся электрон в магнитном поле действует сила Лоренца

.

Так как эта сила перпендикулярна скорости, то электрон будет двигаться по криволинейной траектории с переменным радиусом кривизны

.

Для упрощения задачи будем считать, что электроны движутся по круговым орбитам с радиусом

.

Из приведенного соотношения следует, что радиус круговой траектории зависит от удельного заряда электрона , анодного напряжения U_a и индукции магнитного поля В.

Рассмотрим влияние магнитного поля на величину тока диода при заданном значении U_a. Если магнитное поле отсутствует (В = 0), электроны от катода к аноду летят по прямой траектории (рис.1, кривая 1), причем все электроны, испускаемые катодом, достигают анода. При малых значениях В кривизна траектории невелика (кривая 2). Поэтому и в этом случае все электроны достигают анода (анодный ток остается практически постоянным). При определенном значении радиус кривизны траектории становится примерно равным расстоянию между катодом и анодом (кривая 3). в этом случае электроны движутся по круговым траекториям и только малая часть их достигает анода. При дальнейшем увеличении В (кривая 4) практически все электроны возвращаются к катоду и ток в диоде близок к нулю. Таким образом, зависимость анодного тока от В имеет характер «сбросовой» характеристики – зависимости тока в аноде I_а от тока в соленоиде I_с (рис.2).

Зная критический радиус и определив по сбросовым характеристикам соответствующее значение , получим удельный заряд электрона

, (1)

где а = 0,1 мм; b = 9,6 м.

В работе сбросовые характеристики регистрируются в зависимости от тока соленоида I_с. По графику устанавливается величина I_кр, при которой изменение тока происходит максимально быстро. По этому значению I_кр рассчитывается критическая индукция магнитного поля

(2)

(здесь ; N = = 900 витков; l = 14 см).

Таким образом, для вычисления удельного заряда электрона необходимо экспериментально построить «сбросовую» характеристику, т.е. зависимость I_a = f (I_c), по которой определить I_кр, а затем по соответствующим формулам вычислить В_кр и удельный заряд электрона.