Визначення питомого заряду електрона методом магнетрона
Дослідження випадки одночасного руху електрона в електричному і магнітному полях. Експериментальне визначення питомого заряду електрона. Властивості руху частинки в електричному і магнітному полях. Індукція магнітного поля. Швидкість руху електрона.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лабораторная работа |
| Язык | украинский |
| Дата добавления | 19.07.2017 |
| Размер файла | 31,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Міністерство освіті і науки України
ВДТУ
Кафедра Фізики
Лабораторна робота
Тема: Визначення питомого заряду електрона методом магнетрона
Виконав ст. гр. ОТЗ - 01
Буличев К. Л.
Перевірив Мельник М.Д.
Вінниця 2002.
Мета роботи: досліджуючи критичні випадки одночасного руху електрона в електричному і магнітному полях, експериментально визначити питомий заряд електрона.
Прилади і матеріали: установка, обладнана магнетроном і необхідними електронними приладами.
Теоретичні відомості
Більшість методів вимірювання питомого заряду електрона заснована на властивостях руху частинки в електричному і магнітному полях. Задовільні, порівняно з іншими методами, результати дає дослідження критичних випадків дії електричного і магнітного полів, які реалізуються в магнетроні.
Суть цього методу полягає в тому, що двоелектродну електронну лампу, електроди якої є коаксіальними циліндрами, розміщують у середній частині соленоїда. При відсутності магнітного поля в соленоїді електрони під дією електричного поля, прикладеного між катодом і анодом, рухаються вздовж радіальних прямих. При наявності електричного струму в обмотці соленоїда в електронній лампі виникне магнітне поле, силові ліній якого направлені паралельно осі лампи паралельно осі лампи, а на електрони почне діяти сила Лоренца:
(1)
де е - заряд електрона, рівний 1,6*10 Кл;
V - швидкість руху електрона;
В - індукція магнітного поля.
При дії цієї сили, направленої в кожний момент часу перпендикулярно вектору швидкості, траєкторія електронів стає криволінійною.
Розглянемо дещо детальніше рух електронів в електронній лампі. Для пояснення цього руху скористаємось циліндричною системою координат (рис.1), в якій положення електрона визначається віддаллю його від осі лампи r, полярним кутом і зміщенням вздовж осі Z (направлена вздовж осі лампи).
Електричне поле, яке має лише радіальну компоненту, діє на електрон з силою, яка направлена по радіусу від катода до анода. Магнітна сила, яка діє на електрон з боку магнітного поля, не має складової вздовж осі Z. Тому електрон, який вилітає з катода без початкової швидкості (початкові швидкості електронів, які визначаються температурою катода, набагато менші швидкостей, набутих за рахунок електричного поля лампи), рухаються в площині, перпендикулярній осі Z.
Момент імпульсу електрона відносно осі Z
(2)
де - складова швидкості, перпендикулярна радіусу r.
Момент сил, діючих на електрон , відносно осі Z визначається тільки складовою магнітної сили (сили Лоренца ), перпендикулярної r. Електрична сила і складова магнітної сили, направленні вздовж радіуса r , моменту відносно осі Z не створюють. Тому
(3)
де - радіальна складова швидкості електрона.
Згідно з рівнянням динаміки обертального руху:
(4)
Проектуючи (4) на вісь Z, одержимо :
або
(5)
Інтегруючи вираз (5), одержимо :
Константу знайдемо із початкових умов: при r = rк (rк - радіус катода ) V? = 0. Тоді
і
(6)
Кінетична енергія електрона дорівнює роботі сил електростатичного поля :
(7)
де U - різниця потенціалів між катодом і точкою поля, в якій знаходиться електрон.
Підставляючи в (7) значення із (6), одержимо:
(8)
При деякому значенні індукції магнітного поля Вкр, яке називають критичним, швидкість електрона поблизу анода стає перпендикулярною радіусу r , тобто . Тоді рівняння (8) набуде вигляду:
де Uа - різниця потенціалів між анодом і катодом ;
rа - радіус анода .
З останнього виразу знаходимо питомий заряд електрона :
(9)
Індукція магнітного поля соленоїда, довжина якого спів розмірна з діаметром D , знаходиться за формулою:
(10)
де - магнітна стала ; n - число витків соленоїда на одиницю довжини ; N = n - загальне число витків в соленоїді .
Таким чином, визначивши експерементально В, можна за формулою (9) розрахувати величину е/m . Для знаходження В , в лампі слід установити різницю потенціалів між анодом і катодом і ввімкнувши струм поступово збільшувати його, збільшуючи тим самим магнітне поле в лампі .
Якби всі електрони залишали катод з швидкістю, рівною нулю, то залежність величини анодного струму в лампі від величини індукції магнітного поля мала б вигляд. В цьому випадку при В < B , всі електрони, які вилетіли з катода долети до анода, а при B > B - жоден електрон не долетить до анода. В реальній лампі завжди є деяка некоаксіальність катода і анода, а також залишки газу. Крім того в соленоїді магнітне поле не є строго однорідним . Все це приводить до того, що різні електрони досягають критичних значень при різних значеннях магнітного поля . Тому реальна залежність I = f (B) дещо відрізняється від теоретичної.
Порядок виконання роботи
Для визначення питомого заряду електрона методом магнетрона зібрана електрична схема згідно.
Електронна лампа розміщення всередині соленоїда, величина струму в якому регулюється реостатом випрямляча ВС-24. Анодна напруга і струм розжарювання електронної лампи подаються від випрямляча ВС-12 .
1. Подати на анод електронної лампи анодну напругу 6,3 В . Величину цієї напруги виміряти за допомогою вольтметра.
2. Змінюючи струм в соленоїді від мінімального значення до максимального через 0,1 А при сталій анодній напрузі, одержати залежність Iа = f (Iс) . Результати вимірювань занести до таблиці.
3. Побудувати залежність Iа = f (Iс). Критичний струм відповідає точці перетину дотичних до спаду залежності Iа = f (Iс) і найменших значень анодного струму.
4. Обчислити питомий заряд електрона е/m, скориставшись формулами (9) і (10). Значення L, D, N, rа, rк подані на панелі лабораторної установки.
5. Обчислити похибку вимірювань е/m.
Таблиця результатів вимірювань
|
Ic, A |
0 |
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
|
|
Ia, мА |
0,310 |
0,310 |
0,309 |
0,307 |
0,299 |
0,256 |
0,181 |
0,140 |
0,110 |
0,095 |
|
|
1,0 |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
1,7 |
1,8 |
1,9 |
2,0 |
|
|
0,081 |
0,070 |
0,062 |
0,055 |
0,048 |
0,043 |
0,039 |
0,034 |
0,031 |
Кількість шарів котушки 4
Кількість витків у шарі 250
Раді це катода 0,94*10-3 м
Радіус анода -9,4*10-3 м
електрон магнітний поле рух
Контрольні запитання
1. В чому полягає суть методу магнетрона для знаходження відношення е/m?
2. Чи вплине на величину В зміна напрямку струму в соленоїді ?
3. Як працюють мас-спектрометри ?
Размещено на Allbest.ur
...Подобные документы
Рух електрона в однорідному, неоднорідному аксіально-симетричному магнітному полі. Визначення індукції магнітного поля на основі закону Біо-Савара-Лапласа. Траєкторія електрона у полі соленоїда при зміні струму котушки, величини прискорюючого напруження.
курсовая работа [922,3 K], добавлен 10.05.2013Точка роси. Насичена пара. Абсолютна вологість. Відносна вологість. Волосяний гігрометр, психрометричний гігрометр, гігрометр. Спостереження броунівського руху. Вимірювання індукції магнітного поля постійного струму. Визначення заряду електрона.
лабораторная работа [88,3 K], добавлен 03.06.2007Сутність і основні характерні властивості магнітного поля рухомого заряду. Тлумачення та дія сили Лоуренца в магнітному полі, характер руху заряджених частинок. Сутність і умови появи ефекту Холла. Явище електромагнітної індукції та його характеристики.
реферат [253,1 K], добавлен 06.04.2009Розрахунок поля електростатичних лінз методом кінцевих різниць; оптичної сили імерсійних лінзи і об'єктива та лінзи-діафрагми. Дослідження розподілу потенціалів у полях цих лінз та траєкторії руху електронів в аксиально-симетричному електричному полі.
курсовая работа [3,7 M], добавлен 03.01.2014Суть поняття екситону як квазічастинки. Рівняння Шредінгера для електрона й дірки, основи закону Кулона. Визначення енергії зв'язку екситону, перенос електричного заряду й маси, ефективність поглинання й заломлення світла на частоті екситонного переходу.
реферат [507,2 K], добавлен 26.09.2009Вільний рух як найпростіший рух квантової частинки, його характеристика та особливості. Методика визначення енергії вільної частинки, властивості її одновимірного руху в потенціальному ящику. Обмеженість руху квантового осцилятора, визначення енергії.
реферат [319,3 K], добавлен 06.04.2009Вибір електромагнітних навантажень, визначення головних розмірів, геометричних співвідношень і обмоткових даних. Розрахунок розподілу індукції в технологічному зазорі та струму неробочого руху. Визначення та обґрунтування втрат короткого замикання.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 24.07.2022Механізм намагнічування, намагнічуваність речовини. Магнітна сприйнятливість і проникність. Циркуляція намагнічування, вектор напруженості магнітного поля. Феромагнетики, їх основні властивості. Орбітальний рух електрона в атомі. Вихрове електричне поле.
реферат [328,2 K], добавлен 06.04.2009Визначення дослідним шляхом питомого опору провідника та температурного коефіцієнту опору міді. Вимірювання питомого опору дроту. Дослідження залежності потужності та ККД джерела струму від його навантаження. Спостереження дії магнітного поля на струм.
лабораторная работа [244,2 K], добавлен 21.02.2009Елементи зонної теорії твердих тіл, опис ряду властивостей кристала. Постановка одноелектронної задачі про рух одного електрона в самоузгодженому електричному полі кристалу. Основні положення та розрахунки теорії електропровідності напівпровідників.
реферат [267,1 K], добавлен 03.09.2010Введення в електродинаміку уявлення про дискретності електричних зарядів. Визначення напряму вектора сили Лоренца. Траєкторія руху зарядженої частинки. Дія магнітного поля на заряджені частки. Складові вектору швидкості: прямолінійний рух, рух по колу.
презентация [107,8 K], добавлен 27.12.2012Корпускулярно-хвильовий дуалізм речовини. Формула де Бройля. Стан частинки в квантовій механіці. Хвильова функція, її статистичний зміст. Рівняння Шредінгера для стаціонарних станів. Фізика атомів і молекул. Спін електрона. Оптичні квантові генератори.
курс лекций [4,3 M], добавлен 24.09.2008Поняття та загальна характеристика індукційного електричного поля як такого поля, що виникає завдяки змінному магнітному полю (Максвел). Відмінні особливості та властивості індукційного та електростатичного поля. Напрямок струму. Енергія магнітного поля.
презентация [419,2 K], добавлен 05.09.2015Найпростіша модель кристалічного тіла. Теорема Блоха. Рух електрона в кристалі. Енергетичний спектр енергії для вільних електронів у періодичному полі. Механізм електропровідності власного напівпровідника. Електронна структура й властивості твердих тіл.
курсовая работа [184,8 K], добавлен 05.09.2011Закон повного струму. Рівняння Максвелла для циркуляції вектора напруженості магнітного поля. Використання закону для розрахунку магнітного поля. Магнітний потік та теорема Гаусса. Робота переміщення провідника із струмом і контуру у магнітному полі.
учебное пособие [204,9 K], добавлен 06.04.2009Основні положення явищ циклотронної частоти і циклотронного резонансу, що використовуються при дослідженні твердого тіла. Явища, що пов'язані з поведінкою електронів кристала в магнітному полі, експериментальні дослідження феномену орбітального руху.
реферат [2,7 M], добавлен 18.10.2009Знаходження заряду, який розміщується у центрі трикутника, щоб система знаходилася у рівновазі. Визначення кроку гвинтової лінії по якій буде рухатися електрон. Електромагнітна індукція Фарадея-Максвелла. Теорема косинусів. Розрахунок напруженості поля.
контрольная работа [218,1 K], добавлен 18.06.2014Зв'язок важких заряджених частинок з речовиною. До важких частинок відносяться частинки, маси яких у сотні разів більші за масу електрона. Вільний пробіг важких заряджених частинок у речовині. Взаємодія електронів, нейтронів з речовиною. Кулонівська сила.
реферат [51,0 K], добавлен 12.04.2009Движение электронов в вакууме в электрическом и магнитном полях, между плоскопараллельными электродами в однородном электрическом поле. Особенности движения в ускоряющем, тормозящем полях. Применение метода тормозящего поля для анализа энергии электронов.
курсовая работа [922,1 K], добавлен 28.12.2014Механічний рух. Відносність руху і спокою. Види рухів. Швидкість руху. Одиниці швидкості. Равномірний і нерівномірний рухи. Швидкість. Одиниці швидкості. Взаємодія тіл. Інерція. Маса тіла. Вага тіла. Динамометр. Сила тертя. Тиск. Елементи статики.
методичка [38,3 K], добавлен 04.07.2008
