ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 46
«ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА»
Заведующий кафедрой ЕНиОТД
профессор, к.т.н. Даутов А.И.
Составил: старший преподаватель
Корниенко Л.М.
г. Кумертау
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА
Приборы и принадлежности:
1. Кенотрон типа 2Ц2С на подставке
2. Соленоид
3. Амперметр на 2 А
4. Миллиамперметр на 150 мА
5. Вольтметр на 300 В
6. Амперметр на 5 А
7. Реостат 10000 Ом
8. Реостат 10 Ом
9. Реостат 100 Ом
10. Реостат 30 Ом
Цель работы:
Определение удельного заряда электрона методом магнетрона
Краткая теория:
Непосредственное измерение массы электрона представляет значительную трудность в виду её малости. Значительно легче определить удельный заряд электрона, т.е. отношение величины заряда к массе 
, а по величине заряда 
и удельное заряду можно найти массу 
электрона. Для определения могут применяться различные методы. В данной работе применён так называемый метод магнетрона.
Магнетрон представляет собой двухэлектродную электронную лампу (диск) с цилиндрическим катодом и коаксиальным с ним цилиндрическим анодом. Лампа помещена в однородное магнитное поле, готовые силовые линии индукции которого вектора 
направлены параллельно образующим электродов.
Катод нагревает нить накала и испускает (эмитирует) электроны. Если к электродам подключить источник питания (“+” - к аноду, “-“ - к катоду), то в промежутке между электродами образуется электрическое поле, линии, напряжённости которого будут направлены по радиусу от анода к катоду. При этом на электроны со стороны электрического поля будет действовать сила:
, где
- заряд электрона
- вектор напряженности электрического поля
знак “-” – показывает, что заряд электрона – отрицательный
Изменение кинетической энергии электрона при его движении под действием силы 
может быть найдено по формуле:
, где (1)
и 
- разность потенциалов начальной и конечной точек пути
и 
- начальная и конечная скорости электрона
На электрон, движущийся в магнитном поле, действует сила Лоренца, искривляющая траекторию его движения. Величина и направление силы Лоренца определяется формулой:
, где (2)
Fл - вектор силы Лоренца
- вектор скорости
В - вектор магнитной индукции
На рис.2 показано поперечное сечение магнетрона, A и B - радиусы катода и анода (соответственно). К электродам приложена разность потенциалов Iа. Магнитное поле направлено перпендикулярно чертежу к читателю. На движущийся электрон в точке С действуют силы и Fл. Сила направлена вдоль радиуса к аноду. Сила Fл, согласно формуле (2), перпендикулярна вектору скорости электрона и вектору индукции магнитного поля В. Направление сил и Fл показано на рис.2. Так как обе силы лежат в плоскости чертежа, движение электрона происходит по плоской спирали переменного радиуса кривизны, зависящего от скорости движения электрона.
Рис. 2
Для упрощения задачи будем считать, что начальная скорость электрона у катода 
.
При В=О на электрон действует сила , движение электрона (с учетом Iа=0) будет прямолинейным вдоль радиуса (рис. За). При этом все электроны, эмитируемые катодом, будут достигать анода, создавая анодный ток Iа.
При В>О на электрон, кроме силы , будет действовать сила Лоренца Fл, искривляющая траекторию движения электрона. Если В мала, кривизна траектории будет мала, и все электроны будут достигать анода (рис. 3б).
Рис. 3
Зависимость анодного тока магнетрона от величины индукции магнитного поля
По мере увеличения В траектории будут искривляться все больше и при некотором “критическом” значении В=Вкр траектория электрона окажется касательной к поверхности анода (рис. Зв). При В>Вкр, кривизна траектории станет настолько значительной, что вылетев с катода, электрон будет описывать кривую, заканчивающуюся опять на катоде (рис. 3г). Его скорость в момент возвращения на катод уменьшится до нуля, после чего электрон начнет двигаться к аноду. Поскольку при этом ни один электрон не достигает анода, анодный ток Iа будет равен нулю.
Итак, при В<Вкр величина анодного тока не зависит от В, а при В >Вкр анодный ток вообще прекратится. При В= Вкр, происходит резкий спад (сброс) анодного тока до нуля (рис. Зв). Зная Вкр, можно найти отношение е/m.
