Munca 42

6. Conectați firele

Încărcarea specifică a unui electron este raportul dintre sarcina unui electron și masa lui. Aceasta este cea mai importantă caracteristică a unei particule încărcate, care determină încărcarea masei sale unitare. Prin magnitudinea sa, este posibil să se calculeze masa unei particule încărcate. Pentru a măsura încărcarea specifică a unui electron, se folosește metoda câmpului încrucișat, numită metoda magnetron. Aceasta constă în faptul că fluxul de electroni este transmis prin câmpuri electrice și magnetice reciproc perpendiculare. Un electron care se deplasează în aceste câmpuri acționează prin forță







unde e este sarcina de electron;

- intensitatea câmpului electric;

- inducție magnetică.

Când electronul se mișcă într-un câmp electric longitudinal, forța Coulomb acționează asupra acestuia. Această putere face munca. Datorită funcționării câmpului electric, energia cinetică a electronului se schimbă:

,

unde U este diferența potențială a câmpului de accelerare; m este masa de electroni.

Accelerând într-un câmp electric, un electron intră într-un câmp magnetic perpendicular pe viteza sa (câmpul transversal).

Electronul într-un câmp magnetic este acționat de forța Lorentz, determinată de formula. Forța Lorentz este întotdeauna perpendiculară pe viteza particulei și îi indică accelerația normală (figurile 1 și 2).


Fără a schimba modulul de viteză, dar schimbându-și direcția, forța Lorentz nu funcționează, iar energia cinetică a unei particule încărcate atunci când se mișcă într-un câmp magnetic nu se schimbă. Sub acțiunea forței Lorentz într-un câmp magnetic orientat perpendicular pe viteză, electronul se mișcă de-a lungul circumferinței, adică Forța Lorentz este o forță centripetală.

Conform celei de-a doua legi a lui Newton De atunci

Accelerația normală este

unde R este raza cercului.

Substituind viteza de la formula (1) în ecuația (4), obținem

raza de curbură a traiectoriei electronului depinde de diferența dintre potențialele câmpului electric și inducția câmpului magnetic. Cu o diferență constantă de potențial electric cu creșterea inductivă a câmpului magnetic, raza de curbură a traiectoriei scade. Măsurând raza cercului de-a lungul căreia se deplasează electronii, din formula (5) găsim sarcina specifică a electronului:

Determinarea experimentală a unui electron se realizează cu ajutorul unei lămpi cu trei electrozi plasată într-un câmp magnetic omogen. Schema de conectare a lămpii cu trei electrozi din Fig. 3.

Structurally, anodul acestei lămpi este un cilindru, de-a lungul axei căruia filamentul, care este catodul lămpii, este întins. O rană spirală în jurul catodului este o plasă. Distanța dintre rețea și anod este r. Lampa cu trei electrozi este conectată astfel încât grila sa să fie conectată la anod. Datorită acestui fapt, câmpul electric există doar între catod și rețeaua și este absent între rețea și anod.


Un electron este accelerat de un câmp electric, dobândește o viteză

și se deplasează rectiliniu de-a lungul razei în spațiul dintre catod și grilă.

Fig. 4. Traiectoriile electronice între rețea și anod


Atunci când se aplică un potențial pozitiv anodului, apare un curent în circuitul anodic, a cărui valoare poate fi măsurată prin ampermetrul A1.







Pentru a crea un câmp magnetic, lampa este plasată în interiorul solenoidului. Când un curent trece printr-un circuit solenoid, în el apare un câmp magnetic, a cărui inducție

unde I este curentul în solenoid, măsurat prin ampermetrul A2 (a se vedea figura 3);

n este numărul de rotații pe unitatea de lungime a solenoidului;

- permeabilitatea magnetică relativă a mediului;

Electronul, care intră într-un câmp magnetic transversal între rețea și anod, începe să se deplaseze de-a lungul curbei sub acțiunea forței Lorentz. Electronii continuă să cadă pe anod (a se vedea figura 4, a). Cu creșterea curentului în solenoid, inducerea câmpului magnetic al solenoidului crește. Creșterea treptată a inducției și, în consecință, scăderea razei traiectoriei electronilor, se poate realiza că la o anumită valoare electronii nu cad complet la anod (vezi figura 4, b, c). apoi un ampermetru. inclus în circuitul anodic, va indica absența curentului.

În acest caz, raza cercului de-a lungul căruia se rotește electronul trebuie să fie mai mică decât jumătate din distanța r dintre rețea și anod:

Substituim valoarea razei (8) și a inducției (7) în formula (6) pe care o obținem

Constanta magnetica. dar permeabilitatea magnetică relativă a mediului (electronul se deplasează într-un vid). Substituind aceste valori în formula (9), obținem următoarea formulă de calcul pentru calculul încărcării specifice a unui electron

Electronii emise de catodul încălzit au viteze diferite, astfel încât sunt atinse condiții critice pentru diferiți electroni la diferite valori ale inducției câmpului magnetic al solenoidului. Calculul se bazează pe magnitudinea curentului solenoid la care majoritatea electronilor nu ating anodul. În acest caz, se observă cea mai mare scădere a curentului anodic în triod. Pentru a determina această valoare a graficului curent I, un grafic al dependenței curentului anodic de curentul în solenoid. trasând curentul în solenoid de-a lungul axei abscise, curentul anodic de-a lungul axei de ordonare.

Graful are o parte descrescătoare, continuând până la intersecția cu axa abscisă, obținem un curent în solenoid, la care majoritatea electronilor nu cad pe anod (figura 5).

4.
Performanța muncii

1. Asamblați circuitele electrice conform schemelor (a se vedea figura 3).

2. Setați potențiometrul la tensiune constantă la anod.

3. Creșterea curentului din solenoid de la zero, scoateți cele 7 valori ale curentului anodic și valorile corespunzătoare ale curentului în solenoid.

4. Înregistrați datele de măsurare din Tabelul 1.

5. Construiește un grafic al dependenței curentului anodic de curent în solenoid și determină din grafic valoarea curentului solenoid la care majoritatea electronilor nu ajung la anod.

6. Calculați sarcina specifică a unui electron cu formula

,

7. Pentru a verifica corectitudinea rezultatului, calculați eroarea relativă:

,

unde este valoarea teoretică a sarcinii specifice electronului;

| e | = 1,6 x 10 -19 CI;

m = 9,1 x 10 -31 kg;

- valoarea experimentală a încărcăturii specifice electronului.

8. Dacă este necesar, repetați experimentul la o altă tensiune constantă la anod.

1. Care este sarcina specifică a unui electron? Denumiți unitatea măsurării sale.

2. Ce se numește câmp electrostatic? Care sunt caracteristicile sale?

3. Ce forță acționează asupra unui electron într-un câmp electric, cum este îndreptat?

4. Care este forța care acționează asupra încărcării într-un câmp magnetic? Cum este îndrumat?

5. Explicați semnificația fizică și denumiți unitatea de măsură a intensității câmpului electric și a inducției câmpului magnetic.

6. Cum se efectuează laboratorul? Ce aveți nevoie pentru a măsura și ce să calculați?

7. Explicați scopul principalelor elemente ale instalației.

8. În ce câmp se deplasează electronul între catod și rețea; anod și grilă?

9. Cum se deplasează electronul în lampă (traiectoria și caracterul mișcării)? Ce forțe acționează asupra electronului atunci când se mișcă?

10. Există un câmp electric între anod și rețea? De ce? Cât de repede se va deplasa un electron?

11. Ce se numește câmp magnetic? Care sunt caracteristicile sale?

12. Cum este direcționat câmpul magnetic solenoid în raport cu mișcarea electronului? Cum se mișcă electronul în el?

13. Viteza unui electron se schimbă atunci când se mișcă într-un câmp magnetic? De ce?

14. Când curentul din lampă devine zero? Este necesar să se realizeze acest lucru? De ce?

15. Ce determină raza de curbură a traiectoriei unui electron într-un câmp magnetic transversal?

16. De ce curentul din lampă nu scade instantaneu la zero odată cu creșterea câmpului magnetic?

17. De ce este valoarea curentă I găsită prin continuarea celei mai abrupte secțiuni a graficului?

18. De ce complotăm dependența curentului anodic de curent în solenoid?

19. Care este condiția pentru dispariția curentului în tubul de electroni sub influența unui câmp magnetic în creștere?

20. Care ar trebui să fie relația dintre raza traiectoriei electronului și distanța de la rețea la anod?







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: