Determinarea încărcării specifice cu electroni

Scopul lucrării. determină sarcina specifică a unui electron în mișcarea unui electron într-o diodă plasată într-un câmp magnetic.

Echipamente. bord cu diodă și bobină, sursă de alimentare, voltmetru, milliametru, ampermetru.







Încărcarea specifică este o caracteristică a particulelor elementare, egală cu raportul încărcare-masă. În unele experimente, nu este posibil să se măsoare în același timp sarcina și masa, dar este posibil să se determine încărcătura specifică, a cărei mărime face posibilă stabilirea unei particule. Încărcarea specifică a unui electron poate fi determinată, de exemplu, prin metoda unui magnetron cilindric.

Magnetron este o lampă electronică în care mișcarea electronilor este controlată de un câmp magnetic. Magnetronul este utilizat în radiotehnia pentru a genera oscilații de frecvență ultrahigh. În lucrare ca magnetron, se utilizează o lampă electronică - o diodă 1C 11P, care este plasată în câmpul magnetic al unei bobine cu curent.

Electronii emise de catodul încălzit datorită fenomenului de emisie termionică se deplasează la anod sub acțiunea unui câmp electric. Puterea câmpului electric este maximă la catod, iar în spațiul rămas câmpul electric este slab. Prin urmare, electronii se accelerează în apropierea catodului și apoi se deplasează aproape la o viteză constantă în direcția radială până la anod. Viteza electronilor V poate fi determinată de legea conservării energiei. Energia potențială a unui electron într-un câmp electric atunci când se deplasează de la catod la anod este transformată în energie cinetică:

unde e, m - sarcina și masa electronului; U este diferența de potențial dintre catod și anodul diodei.

Dacă activați o paralelă câmp magnetic orientat cu axa de diode, astfel perpendicular pe vectorul de viteză, ea începe să acționeze asupra electronilor de forța Lorentz

unde B este inducerea câmpului magnetic.

Direcția forței poate fi determinată de regula mâinii stângi: dacă patru degete sunt scoase în viteză și liniile de forță intră în palmă, apoi degetul îndoit va arăta direcția forței pentru o încărcare pozitivă. Pentru un electron negativ, dimpotrivă. Forța lui Lorentz este perpendiculară pe vectorul de viteză, deci este o forță centripetală. Prin urmare, traiectoria unui electron este un arc de cerc. Conform celei de-a doua legi a lui Newton, produsul masei electronului pe accelerația centripetală este egal cu forța Lorentz: De aceea, raza de curbură a traiectoriei este


După cum se poate observa, cu creșterea inducției câmpului magnetic, raza de curbură a arcului scade (figura 1). La o anumită valoare a inducției câmpului magnetic, numită Vcr critic. Orbita electronului se transformă într-un cerc care atinge anodul. Raza orbitei critice este jumătate din raza anodului R = r / 2. Dacă câmpul magnetic crește în continuare, raza orbitei va scădea și traiectoriile electronilor nu vor atinge anodul. Electronii vor înceta să cadă pe anod, iar curentul de anod va scădea la zero.







De fapt, vitezele electronilor datorate interacțiunii dintre ele sunt oarecum diferite, nu toți electronii se deplasează perpendicular pe catod. Prin urmare, decăderea curentului anodic va fi graduală: în primul rând, electronii lenți nu vor ajunge la anod, apoi cei mai rapizi. Viteza medie-pătrată a rădăcinilor obținută din ecuația (1) corespunde secțiunii celei mai abrupte căderi din grafic (figura 2).

Rezolvând în comun ecuațiile (1) și (3) cu R = r / 2, obținem o formulă pentru calcularea încărcării specifice a unui electron

Inducerea câmpului magnetic în centrul bobinei poate fi calculată din formula


unde = 4p # 8729; 10 -7 G / m este constanta magnetica; N - numărul de virajuri; Jcr este puterea critică curentă; l este lungimea bobinei; # 946; - unghiul dintre direcția și turațiile exterioare de la centrul bobinei și axa acesteia.

Măsurarea experimentală a sarcinii specifice electronilor se efectuează pe o instalație de laborator. Se compune din 1) un modul cu o lampă electronică plasată în interiorul bobinei; 2) sursa de alimentare cu ampermetru pentru măsurarea curentului în bobină și voltmetru, 3) milimetri pentru măsurarea rezistenței curentului anodic (figura 3). Modulul și sursa de alimentare sunt conectate prin cablu.

1. Setați domeniul de măsurare al miliammetrului la 20 mA. Verificați conectarea la modul la prizele "RA". Indicatorul trebuie să fie zero.

2. Porniți sursa de alimentare 220 B. rețea Rezistențele variabilă pentru a seta tensiunea de anod în intervalul de 12-120 V, curent minim prin bobină (0,5 A). După curentul de încălzire catodic trebuie să apară circuitul anod, milliammeter detectat.

Repetați măsurarea rezistenței curentului anodic, schimbând curentul prin bobină în intervalul de la 0,5 A la 1,5 A la fiecare 0,1 A (o divizie a scalei ampermetrului). Rezultatele sunt scrise în tabel. 1.

Curentul în bobină este Jkat. A

4. Construiți un grafic al dependenței puterii de curent anodic Jan de puterea curentă în bobina Jkat. Dimensiunea graficului nu este mai mică decât jumătate din pagină. Pe axe se indică o scară uniformă. În apropierea punctelor, trageți o curbă netedă, astfel încât abaterile punctelor să fie minime.

5. Determinați din grafic valoarea medie a curentului critic în bobina Jcr ca fiind abscisa mediei secțiunii celei mai abrupte căderi a curentului anodic (figura 2). Notați în Tabel. 2.

6. Calculați valoarea medie a inducției critice a câmpului magnetic al bobinei prin formula (5), înlocuind valoarea critică a curentului. Notați în Tabel. 2.

Calculați valoarea medie a încărcării specifice a unui electron prin formula (4).

7. Pentru a estima eroarea sistematică de măsurare a sarcinii specifice prin formula

presupunând că eroarea se datorează în principal inexactității determinării curentului critic. Luați 2d Jcr egal cu lățimea pantei abrupte (Figura 2).

9. Desenează concluzii. Înregistrați rezultatul. Comparați cu valoarea tabelară a încărcării specifice a electronului C / kg.

1. Definiți încărcarea specifică a unei particule. Ce particulă are încărcarea maximă?

2. Notați formula pentru forța Lorentz. Cum să determinăm direcția forței Lorentz? Explicați prin exemple.

3. Scrieți ecuația celei de-a doua legi a lui Newton pentru mișcarea unui electron într-un câmp magnetic transversal.

4. Explicați motivul modificării traiectoriei electronului dintre catod și anodul diodic pe măsură ce crește câmpul magnetic. Definiți inducția critică.

5. Explicați dependența puterii de curent anodic pe măsură ce crește câmpul magnetic. De ce nu apare degradarea actuală brusc la valoarea critică a inducției?

6. Derulați formula pentru calcularea încărcării specifice a electronului din mișcarea în magnetron.







Trimiteți-le prietenilor: