Зависимость анодного тока магнетрона от величины индукции магнитного поля

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=В_кр траектория электрона окажется касательной к поверхности анода (рис. Зв). При В>В_кр, 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<В_кр величина анодного тока не зависит от В, а при В >В_кр анодный ток вообще прекратится. При В= В_кр, происходит резкий спад (сброс) анодного тока до нуля (рис. Зв). Зная В_кр, можно найти отношение е/m.