- •Движение электрона в электрическом и магнитном полях.
- •Экспериментальные методы определения удельного заряда.
- •Определение удельного заряда электрона по методу отклонения в электрическом и магнитном полях.
- •Определение удельного заряда электрона по методу двух конденсаторов.
- •Определение удельного заряда электрона по методу фокусировки продольным магнитным полем.
- •Определение удельного заряда электрона методом магнетрона.
- •Магнетрон.
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
Ярославский государственный университет имени П. Г. Демидова
Отчёт по лабораторной работе №2а
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА
Выполнили: студенты 3-го курса
группы РФ-31 БО
Принял:
Сергеев Александр Николаевич.
Ярославль 2021г
Цель работы:
Определить удельный заряд электрона методом магнетрона.
Оборудование:
Вакуумная лампа; амперметр, измеряющий ток накала лампа; соединительные провода; блок питания HY3010E; блок питания HY1803E.
Краткая теория.
Движение электрона в электрическом и магнитном полях.
Как известно, сила, действующая со стороны электромагнитного поля на движущуюся со скоростью v c зарядом q частицу, выражается формулой:
(1)
Согласно второму закону Ньютона, сила равна произведению массы m на ускорение :
(2)
Приравнивая первые части (1) и (2), получаем:
(3)
Для ускорения можно записать следующее соотношение:
(4)
Это уравнение (4) показывает, что движение заряженной частицы в силовых полях зависит от отношения , которое называется удельным зарядом данной частицы.
Подставляя в (3) Е = 0, получаем:
(5)
В однородном магнитном поле, направленном перпендикулярно к скорости частицы, легко найти ее траекторию. Приравнивая значение силы Лоренца и центробежной силы инерции:
(6)
получаем выражение для радиуса ρ
(7)
Чем больше скорость электрона v, тем сильнее он стремится двигаться прямолинейно по инерции, и радиус искривления траектории будет больше.
Экспериментальные методы определения удельного заряда.
Определение удельного заряда электрона по методу отклонения в электрическом и магнитном полях.
На рисунке 1 представлена схема прибора для определения удельного заряда электрона и скорости . Нагреваемый током катод , помещённый в трубку, которая откачана до максимально возможного вакуума, является источником электронов. Эти электроны имеют небольшую тепловую скорость и благодаря разности потенциалов, создаваемой батареей , положительный полюс которой присоединён к металлической пластинке (аноду) , с отверстием в центре, могут существенно ускорится. Электроны, прошедшие через это отверстие, двигаясь прямолинейно, дают на стенке трубки , покрытой флуоресцирующим веществом, светлое пятнышко , расположенное против отверстия в аноде . На пути между анодом и экраном F электроны проходят между пластинками конденсатора , к которым может быть приложено напряжение от батареи . Если подключить батарею , то пучок электронов отклоняется электрическим полем, возникающем между пластинами, и пятнышко перемещается в положение F'.
Рисунок 1- Схема метода определения удельного заряда по отколнению в электрическом и магнитном полях.
Создавая между пластинами конденсатора CD также и однородное магнитное поле, перпендикулярное к плоскости чертежа (на рисунке 1 показано точками), можно вызвать отклонение пятнышка в том же или в обратном направлении. Практически удобнее скомпенсировать магнитным полем первоначальное электростатическое отклонение.
Окончательную скорость электронов находится из уравнения:
(8)
Поэтому, зная , мы уже знаем и скорость электронов. Это освобождает нас от необходимости использовать и электрическое, и магнитное отклонение для нахождения удельного заряда и скорость электрона v. Достаточно воспользоваться либо электрическим (8), либо магнитным полем (5).