- •Морозова Зоя Григорьевна,
- •II. Движение заряженных частиц в электрическом и магнитном полях
- •III. Устройство и принцип действия магнетрона
- •IV. Вывод расчётной формулы
- •V. Порядок выполнения работы Техника безопасности
- •Помните! Высокое напряжение опасно для жизни!
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
III. Устройство и принцип действия магнетрона
В данной работе для определения удельного заряда электрона используется магнетрон. Магнетрон - это устройство, состоящее из вакуумной лампы и соленоида.
Лампа типа имеет катодв виде нити и анодв виде коаксиального цилиндра, соединенный с управлявшим электродом, сеткуи конусообразный экран, покрытый флюоресцирующим веществом (рис. 6а, 6б). Для того чтобы управляющая сетка не искажала поля внутри электронной лампы, её подсоединяют через большое сопротивление к аноду. При этом электрическое поле в лампе подобно полю двухэлектродной лампы, что учтено при выводе расчетной формулы.
Часть электронов, испускаемых катодом, движется радиально
в электрическом поле между катодом
и анодом, а часть - между катодом
и экраном. Попадая на экран, электро-
ны вызывают его свечение. экран
лампы позволяет проследить траекто-
рии движения электронов от катода к
экрану (аноду).
Напряжение на управляющем
электроде меньше, чем на экране, поэ-
тому управляющий электрод несколь-
ко ослабляет вблизи себя электронный
поток и на экране образуется тень в
виде сектора с прямолинейными края-
ми (рис. 7а).
При пропускании тока через соленоид
создаётся однородное магнитное поле ,
параллельное оси катода и перпендику-
лярное вектору скорости электронов . Траектории электронов искривляются
тем значительнее, чем больше индукция магнитного поля (т.е. ток в обмотке),
что отчётливо видно на экране лампы.
Рисунок 7б демонстрирует изгиб
краёв тёмного сектора , т.е.
траекторий электронов при наличии
магнитного поля.
При некотором токе в соленоиде, называемом критическим, траектории электронов становятся практически круговыми, и количество электронов, попадавших на анод и экран, становится незначительным. Экран становится весь темным, а анодный ток резко уменьшается (рис. 8).
Зависимость анодного тока ; в лампе от токав соленоиде называется сбросовой характеристикой магнетрона. Сбросовая характеристика позволяет определить критический ток в соленоиде и рассчитать удельный заряд электрона.
IV. Вывод расчётной формулы
Кинетическая энергия электронов приобретена ими за счет работы сил электрического поля между катодом и анодом. Из закона сохранения энергии:
, (11)
где - масса электрона;- заряд электрона;- скорость, приобретённая электроном под действием сил электрического поля между катодом и анодом;- разность потенциалов между катодом и анодом.
Напряжённость этого поля обладает цилиндрической симметрией, т.е.
(12)
где - линейная плотность заряда на катоде; - расстояние от катода до рассматриваемой точки поля; Ф/м - электрическая постоянная,.Поэтому наибольшее ускорение электрон получает вблизи катода и далее движется с постоянной скоростью , испытывая действие магнитного поля соленоида.
Магнитное поле в магнетроне создается током, текущем по обмотке соленоида. Это поле можно считать считается однородным и равным
, (13)
где Гн/м;- сила тока в обмотке;- число витков на единицу длины катушки.
Очевидно, скорость движения электронов и созданные электрическое и магнитное поля имеют взаимно перпендикулярные направления.
Учитывая уравнения (5) и (11), удельный заряд электрона можно определить формулой:
, (14)
где - магнитное поле в соленоиде;- радиус кривизны траектории.
Из формулы (13) видно, что с увеличением тока в обмотке соленоида магнитное поле будет также расти, а из формулы (6) следует, что с увеличением магнитного поля в соленоидерадиус кривизны траекторииуменьшится.
При некотором критическом значении
электроны начнут двигаться по окружности, возвращаясь на катод. Радиус окружности связан с радиусом анода соотношением:
,
С учётом формулы (13) уравнение (14) запишется следующим образом:
, (15)
где - постоянная лабораторной установки;- критическое значение тока в обмотке соленоида.
Выражение (15) является расчётной формулой для удельного заряда электрона, определяемого методом магнетрона. Критическое значение тока в обмотке соленоида находится из сбросовой характеристики (рис. 8)по участку наибольшего сброса. Параметрыиуказаны на панели лабораторной установки.