1. Подайте на лампу анодное напряжение. Запишите его величину в лабораторный журнал. Запишите значение анодного тока.

2. Изменяя силу тока в соленоиде, снимите зависимость анодного тока от тока соленоида. Данные занесите в таблицу.

3. По данным таблицы постройте зависимость анодного тока от тока соленоида.

График 1

4. Графически продифференцируйте эту зависимость. Определите критическое значение тока соленоида.

График 2.

5. По формуле (9) рассчитайте величину удельного заряда электрона. Длина соленоида 10см, число витков 1500, радиус анода лампы равен 5мм.

Кл/кг

Выводы

Выполняя данную лабораторную работу мы проиллюстрировали механику движения заряженных частиц под воздействием электрического и электромагнитного полей. Расчёт удельного заряда по экспериментальным данным показал, что таковой составляет Кл/кг. Если сравнить с данными полученными при расчёте удельного заряда из уже известных величин:

То мы заметим, что погрешность расчётов по экспериментальным результатам, связанная с неидельностью экспериментальных условий достаточно мала.

Также подтвердилось теоретическое предположение о том что под действием индуктивности соленоида в момент достижения её критической величины эмитированные с нагретого катода электроны перестают достигать анода, а начинают двигаться по траектории напоминающей окружность, радиус которой для электрона вблизи анода приблизительно равен половине радиуса анода. Можно предположить что при увеличении напряжённости электрического поля между катодом и анодом, путём увеличения анодного напряжения, величина критической индукции соленоида возрастёт.

Контрольные вопросы

Что такое магнетрон и как он работает?

Магнетрон - это электровакуумный прибор, в котором двигающиеся между электродами электроны подвержены воздействию взаимно перпендикулярных магнитного и электрического поля. В нашем случае это электровакуумный диод, помещённый в соленоид.

В результате термоэлектронной эмиссии, свободные электроны отделяются от нагретого катода и под действием электрического поля, созданного разностью потенциалов между катодом и анодом, подключённым к внешнему источнику напряжения, двигаются вдоль радиально направленных силовых линий в направлении анода. В анодной цепи мы имеем электрический ток. Но попадая в пространство между электродами электрон попадет под воздействие, также, и магнитного поля соленоида, силовые линии которого направлены перпендикулярно их движению к аноду. В результате траектория движения электронов искривляется, но всё же они достигают анода. При неизменном анодном напряжении увеличение тока соленоида в конце концов приводит к исчезновению тока анода. Это говорит о том что эмитированные с катода электроны перестают достигать анода и возвращаются на катод.

Изобразите направление электрического и магнитного полей в магнетроне и траектории движения электронов.

Ток соленоида меньше критического

Ток соленоида больше критического

Ток соленоида равен 0.

- силовые линии электрического поля.

- силовые линии магнитного поля.

- траектории движения электронов

3. Какие силы действуют на электрон в магнетроне? Укажите направление сил, действующих на электрон в магнетроне. Запишите второй закон Ньютона для электрона в магнетроне.

На электрон в магнетроне действуют следующие силы:

1) Сила Кулона- вызванная действием электрического поля, равная произведению заряда электрона на напряжённость электрического поля, численно равнаяи действующая на отрицательно заряженный электрон в направлении противоположном направлению силовых линий (от катода к аноду).

2) Сила Лоренца - вызванная действием магнитного поля соленоида, численно равная , в нашем случае действующая перпендикулярно . По правилу правой (левой руки, в зависимости от направления движения электрического тока в соленоиде) в плоскости перпендикулярной оси электродов.

4. Сделайте вывод рабочей формулы.

Нам необходимо найти удельный заряд электрона, т.е.

Предположим идеальные условия: электрон отделяется от катода со скоростью, в начальный момент равной нулю, и движется под действием электрического поля в направлении анода перпендикулярно катоду, сила Лоренца действует перпендикулярно вектору скорости. Тогда для кинетической энергии движения электрона вблизи катода будет справедливо равенство:

Сила Лоренца, отклоняющая электрон от прямолинейной траектории и при заставляющая его двигаться по траектории по форме близкой к форме окружности с радиусом R в нашем случае будет равна:

, тогда , отсюда

, соответственно .

Если , то скорость электрона будет равна .

Таким образом используя экспериментальные данные можно вычислить удельный заряд электрона по формуле:

, если , то

.

5. Какие графики нужно построить в данной работе? Поясните ход экспериментальных кривых

По результатам эксперимента можно построить два графика:

зависимости тока анода () от тока соленоида () - график 1;

зависимость производной анодного тока по току соленоида от тока соленоида () - график 2.

На первом графике, участок от 0 до 160 (мА) по оси ОХ показывает резкое убывание тока анода по мере возрастания тока соленоида. Это говорит о том, что даже небольшое значение тока соленоида индуцирующего магнитное поле искривляет траекторию движения эмитированных с катода электронов и не все электроны достигают анода.

Далее с возрастанием тока соленоида от 160 до 320 мА, анодный ток не изменяется. Теоретически можно предположить, что максимально возможное количество эмитированных электронов всё же достигает анода, двигаясь по всё более закругляющеёся под действием магнитного поля соленоида траектории, и проделывает больший путь.

С дальнейшим увеличением индуцирующего тока соленоида от 320 до 800 мА происходит резкое снижение тока анода до 0 (320-400 мА). Это говорит о том, что в момент достижения критического значения индуцирующего тока сила Лоренца заставляет двигаться электроны по окружности, и они не достигают анода. Магнетрон становится изолятором.

График 2 показывает зависимость производной анодного тока по току соленоида от тока соленоида, то есть скорость изменения анодного тока.

Он необходим для определения критического тока соленоида, то есть в момент его максимальной скорости уменьшения.

График 2 достигает максимума при значении = 320 мА. Соответственно данное значение тока соленоида является критическим, соответственно при этом значении тока соленоида индукция его магнитного поля является критической.

Размещено на Allbest.ru