новая папка 1 / 225136

Поправочный коэффициент k учитывает конструктивные особенности используе- мой установки.

Отчёт должен содержать конспект по теории; измерения, сведённые в табли- цу; график IА(IС); расчёт критического значения магнитной индукции и удельного заряда электрона. Сравните рассчитанное значение удельного заряда электрона со справочным значением.

Прокомментируйте полученные результаты и сделайте выводы.

3 Вопросы для самоконтроля

1Что такое магнетрон?

2Как двигаются электроны в магнетроне?

3Объясните характер сбросовой характеристики магнетрона.

4Выведите формулу для радиуса кривизны траектории электрона, движуще- гося в однородном магнитном поле.

5Получите формулу для шага спирали траектории электрона при его движе- нии в однородном магнитном поле.

6Почему в работе скорость электрона определяется по формуле mv2/2 = eUA?

4 Литература, рекомендуемая для изучения физики

1Калашников, С.Г. Электричество / С.Г. Калашников.−М.: Физматлит, 2003.

−624 с.

2Савельев, И.В. Курс общей физики: учебное пособие для вузов в 5 кн. /

И.В. Савельев. − М.: Астрель, АСТ, 2003.

Кн.2: Электричество и магнетизм. − 336 с.

3 Чакак, А.А. Курс физики. Электричество и магнетизм: учебное пособие для студентов заочного отделения высших учебных заведений / А.А. Чакак. – Орен-

бург: ГОУ ОГУ, 2006. – 268 с.

11

Приложение А

(справочное)

Устройство и принцип действия магнетрона

Отклонение, испытываемое заряженными частицами в электрическом и магнитном полях, существенно зависит от удельного заряда частиц. Поэтому, из- меряя это отклонение, можно определить удельный заряд частиц q/m.

В зависимости от того, известна или неизвестна скорость частиц, приходит- ся поступать по-разному. Если скорость частиц известна или может быть опреде- лённым образом задана в эксперименте, то достаточно измерить лишь одно из от- клонений – либо в магнитном, либо в электрическом поле. Если же неизвестны и удельный заряд частиц q/m, и их скорость v, то требуется измерение и электриче- ского и магнитного отклонений, так как для определения двух неизвестных необ- ходимы два соотношения.

Важный случай движения электронов мы имеем при наличии двух полей – магнитного и электрического, перпендикулярных друг к другу. Это осуществля- ется в магнетронах, которые можно использовать для определения удельного за- ряда электронов. Магнетрон – это электронная лампа с двумя рабочими электро- дами: анодом и катодом. Управление электронным потоком осуществляется в нём не электрическим полем, как в обычной электронной лампе с управляющей сет- кой, а магнитным полем.

Электрон, вылетающий с катода, попадает на анод по сложному, криволи- нейному пути. Время, в течение которого электрон проходит этот путь, сравнимо с периодом колебаний. Это имеет существенное значение, так как при определён-

ных величинах магнитного поля и анодного напряжения возникают колебания сверхвысокой частоты, период которых сравним с временем пробега электрона к аноду. Частота таких колебаний зависит от индукции магнитного поля UA, анод- ного напряжения и от радиуса RA цилиндрического анода магнетрона.

Меняя индукцию магнитного поля и анодное напряжение, можно в извест- ных пределах изменить длину волны и мощность генерируемых колебаний.

12

Резонаторы

Рисунок А.1 Сечение анода (анодный блок) типового магнетрона

Магнетрон разрабатывался как мощный генератор электромагнитных коле- баний СВЧ диапазона для использования в системах радиолокационных станций. Эффект нагревания предметов микроволнами нашёл применение в микроволно- вых (СВЧ) печах. Для получения дециметровых и сантиметровых волн в настоя- щее время широко применяются передатчики с магнетронами. Схемы с магнетро- нами дают возможность получать электромагнитные волны длиною до несколь- ких сантиметров при мощности колебаний от долей ватта до сотен киловатт.

В работе магнетрона используется процесс движения электронов при наличии двух полей – магнитного и электрического, перпендикуляр-

ных друг другу. Магнетрон представляет собой двухэлектродную лампу или диод, содержащий накаливаемый катод, испускающий электроны, и холодный анод. Магнетрон помещается во внешнее магнитное поле. Анод (анодный блок)

имеет довольно сложную монолитную конст- рукцию с системой резонаторов (см. рисунок 5), необходимых для усложнения структуры элек- трического поля внутри магнетрона. Магнитное

поле создаётся либо катушками с током (электромагнит), либо постоянным маг- нитом, между полюсами которого помещается магнетрон. Если бы магнитного поля не было, то электроны, вылетающие из катода практически без начальной скорости, двигались бы в электрическом поле вдоль прямых линий, перпендику- лярных к катоду, и все попадали бы на анод (рисунок 1 б, кривая 1). При наличии

перпендикулярного магнитного поля траектории электронов искривляются силой Лоренца. Траектории движения электронов в магнетроне изображены на рисунке 1 б, кривые 2, 3, 4. Траектория электрона есть циклоида, описываемая точкой, ле- жащей на окружности круга, равномерно катящегося по катоду. При прохожде-

нии циклоидного потока электронов мимо щелей резонаторов анодного блока в них возбуждаются мощные электромагнитные СВЧ колебания.

13