Лабораторна робота №47. Визначення питомого заряду електрона

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

МЕТА РОБОТИ: ознайомитись з основними законами руху заряджених частинок в магнітному полі і на основі цих законів експериментально визначити питомий заряд електрона.

ПРИЛАДИ: лабораторний стенд №47.

Відношення заряду е електрона до його маси m отримало назву питомого заряду електрона. Питомий заряд електрона можна підрахувати, визначивши окремо його заряд е = 1,6021910^-11 Кл, масу m = 9,109510^‑31 кг, е/m = 1,758810¹¹ Кл/кг.

Поняття питомого заряду властиве не тільки електрону, але й іншим елементарним частинкам. Експериментально визначивши питомий заряд елементарної частинки, можна визначити природу самої частинки. Тому питання визначення питомого заряду елементарних частинок в сучасній фізиці має надзвичайно велике значення. В більшості випадків не визначають окремо заряд та масу частинки, а зразу знаходять питомий заряд частинки, який входить в закони, що описують її рух в магнітному полі. Тому буде доцільним розглянути короткий виклад теорії руху заряджених частинок в магнітному полі.

1. Магнітне поле. Дія магнітного поля на рухомий заряд. Сила лоренца

Взаємодія нерухомих частинок електричних зарядів описується законом Кулона і ця взаємодія здійснюється електричним полем. Якщо ж заряди рухаються, то крім кулонівської взаємодії появляється додаткова взаємодія, яка залежить від швидкості і напряму руху зарядів. Ця додаткова взаємодія називається магнітною, а поле, що здійснює таку взаємодію - магнітне поле. Силовою характеристикою магнітного поля є його індукція (вектор ). Одиницю індукції (1 Тл) можна встановити із закону (47.1) який визначає силу Ампера, що діє на провідник з струмом в магнітному полі.

F = IBLsin  (47.1)

де В - модуль індукції магнітного поля, І - сила струму в провіднику, L - його довжина,  - кут між вектором індукції поля та провідником.

Тоді з (47.1) будемо мати:

1 Тл індукція такого однорідного магнітного поля, в якому на прямолінійний провідник довжиною 1м з струмом 1А діє сила 1Н при перпендикулярній орієнтації провідника до вектора індукції даного поля (1Тл = 1 Н/Ам)

Нагадаємо, що електричний струм - це впорядкований рух електричних зарядів. Отже, дія магнітного поля на провідник із струмом є результат дії магнітного поля на рухомі заряди в провіднику. Тому від закону (47.1) можна перейти до виразу (47.2), який визначає модуль сили, що діє на окремий заряд q, який рухається з швидкістю v під кутом  до вектора В індукції магнітного поля.

F = qBsin  (47.2)

(47.3)

Сила, яка діє на рухомий заряд в магнітному полі, отримала назву сили Лоренца¹. Для додатного заряду напрям сили Лоренца можна визначити за правилом лівої руки² або векторним добутком (47.3), тобто сила Лоренца перпендикулярна до швидкості зарядженої частинки.

Користуючись формулою (47.2), сили Лоренца можна дати інше означення одиниці індукції магнітного поля 1 Тл нарівні з попереднім означенням, яке випливало з закону Ампера (47.1):

1 Тл індукція такого магнітного поля, в якому на заряд 1 Кл, що рухається з швидкістю 1 м/с перпендикулярно до вектора індукції даного магнітного поля діє сила 1 Н.

Для графічного зображення магнітного поля використовують метод силових ліній, дотичні до яких в кожній точці співпадають з вектором індукції В поля. Силові лінії магнітного поля замкнуті. Наприклад, силові лінії магнітного поля прямолінійного провідника з струмом являють собою концентричні кола. Внаслідок замкнутості своїх силових ліній магнітне поле називають вихровим полем.