Методом магнетрона

Идея эксперимента основана на следующих положениях:

- магнитное поле, создаваемое постоянным током в соленоиде, достаточно однородно вблизи его оси;

- вакуумный диод, имеющий соосные катод и анод и помещенный своей осью вдоль оси соленоида, имеет ломаную вольт-амперную характеристику (ВАХ), определяемую формой траектории электронов в межэлектродном промежутке;

- точка излома ВАХ однозначно связана с величиной магнитной индукции, при которой самые медленные электроны перестают попадать на анод, и может быть использована для целей измерения.

Общий вид установки

Данный эксперимент производится на функциональном модуле ФПЭ-03, а его питание осуществляется от типового источника питания ИП. Структура установки показана на рис. 5.1.

Соленоид представляет собой многослойную катушку медного провода с лаковой изоляцией, намотанную на пустотелый диэлектрический каркас, внутрь которого вставлен вакуумный диод на соединительной панельке. Соединительные провода от электродов диода и от катушки выведены на штепсельный разъем, размещенный на задней стенке модуля. По этим проводам подводятся:

- напряжение накала катода (2,5...4,5 В);

- анодное напряжение (10…120 В);

- напряжение питания соленоида (5…25 В).

Вакуумный диод типа 1Ц21П имеет следующие параметры:

Внутренний диаметр анода D 8 мм.

Внешний диаметр катода d 0,6 мм.

Известно, что на движущийся в скрещенных электрическом и магнитном полях электрон действует сила Лоренца

где е – заряд электрона, V – скорость движения и В – магнитная индукция в зоне электронного потока.

Направление этой силы перпендикулярно векторам обоих полей, что заставляет электроны описывать круговые траектории. При этом соблюдается следующее уравнение движения:

где - масса электрона, R – радиус кривизны траектории. Величина скорости определяется напряжением анода и находится из соотношения: . Используя записанные формулы, получаем:

Если радиус кривизны будет меньше половины расстояния между анодом и катодом, электроны в идеальном случае не попадут на анод, а будут находиться в межэлектродном промежутке. Таким образом, определив, при каком значении анодного напряжения происходит падение анодного тока диода, можно оценить величину магнитной индукции: . Эта формула является рабочей.

Вывод данной формулы является упрощенным. Для строгого решения необходимо учесть, что электрическое поле межэлектродного промежутка искажает круговую траекторию движения электрона в магнитном поле. Решение уравнения движения в этом случае будет сложнее, однако, не внесет существенных изменений в количественные оценки.