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
Из набора миниблоков выберите миниблок «Магнетрон» и у
становите
его на наборном поле так, как показано
на рисунке 8.
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.
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.
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
|
Анодный ток
|
Приращение тока в катушке
|
Приращение анодного тока
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,
мА
,
мА
,
мА
,
мА
Вычислите приращения анодного тока и тока в катушке по формулам:
, (19)
. (20)
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)
Постройте графики зависимостей и
.
Примерный вид графиков приведен на
рисунке 9.
Определите значение критического тока в катушке Iкр, 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).
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).
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.
Сравните полученный результат с табличным значением удельного заряда, оценив относительную погрешность экспериментального значения удельного заряда по формуле:
%
(24)
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Что такое удельный заряд? Какое значение имеет эта величина?
Что такое сила Лоренца? Как определяется величина и направление силы Лоренца?
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?
Покажите, что сила Лоренца не совершает работы над заряженной частицей.
Объясните, почему величина анодного тока в магнетроне изменяется с изменением силы тока в катушке.
Объясните, почему зависимость анодного тока от тока в катушке ( ) имеет вид, приведенный на рисунке 9.
Какой физический смысл имеет производная
? Какой ток принимается за критический?