2 Описание установки и вывод расчетной формулы

Установка состоит из электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) блока питания анода ЭЛТ, соленоида; блоки питания для накала ЭЛТ ( 6,3 В) и соленоида (024 В); амперметра; переключателя направления тока. Электронно-лучевая трубка установлена так, что ее ось, проходящая через центры анодов А₁, А₂ и экрана Э, параллельна оси соленоида С (рисунок 2).

При нагревании катода R нитью накала Н происходит явление термоэлектронной эмиссии и над катодом образуется электронное облако. В электростатическом поле, создаваемом между анодом А₂ и катодом К, электроны ускоряются и приобретают скорость (вектор которой параллелен оси ЭЛТ). Пролетев через узкие отверстия диафрагмы Д и анодов А₁ и А₂, электроны движутся далее равномерно и попадают на экран, покрытый люминофором. При этом на экране появляется светящееся пятно.

Рисунок 2 Электрическая схема установки: электронно-лучевая трубка (Н – нить накала; К – катод; Д –диафрагма;

А₁ и А₂ – аноды; Х и Y – горизонтально и вертикально отклоняющие пластинки; Э – экран); Б_1Н – блок питания накала;

Б_2П – блок питания анода; Б_ЗП – блок питания соленоида;

R₁ – резистор для регулирования яркости; R₂ – резистор

для регулировки четкости изображения (фокусировка); С – соленоид; П – переключатель тока в соленоиде; РА – амперметр

Регулировка яркости пятна и его фокусировка производится резисторами R₁ и R₂, которые выведены на лицевую панель блока питания анода и обозначены соответственно «яркость» и «фокусировка». Между анодом А₂ и экраном расположены две пары отклоняющих пластин Х₁, Х₂ и Y₁ и Y₂. Если пластины не заряжены (электростатическое поле между Х₁, Х₂ , а также между Y₁ и Y₂ отсутствует), то электроны движутся прямолинейно вдоль оси ЭЛТ и попадают в центр экрана.

Если в соленоиде создавать магнитное поле индукцией В, то положение светящейся точки на экране ЭЛТ не изменится, так как вектор магнитной индукции параллелен (или антипараллелен) вектору скорости движения электронов и

F_л = 0. (10)

Электроны, движущиеся с большой скоростью, попадая на экран ЭЛТ, из люминофора выбивают вторичные электроны, которые оседают на ближайших к экрану отклоняющих пластинках Y₁ и Y₂ и заряжают их (пара пластин Х₁, Х₂ соединены между собой и заземлены). Таким образом, между пластинками Y₁ и Y₂ создается электростатическое поле, вектор напряженности которого направлен перпендикулярно вектору скорости движения электронов _z (рисунок 3), влетающих в это поле.

Рисунок 3 Движение заряженной частицы

в электрическом поле конденсатора

В пространстве между пластинами на электроны действует сила, направленная перпендикулярно к положительно заряженной отклоняющей пластинке Y₂. У электронов появляется перпендикулярная составляющая скорости _у. При выходе из области электростатического поля между пластинками Y₁ и Y₂ электроны движутся со скоростью , вектор которой отклонен на угол  от оси ЭЛТ. Если в соленоиде создать магнитное поле, то вектор скорости электронов будет составлять такой же угол  с вектором магнитной индукции . Следовательно, в пространстве между отклоняющими пластинками Y и экраном под действием силы Лоренца электроны будут двигаться по винтовой траектории с шагом h.

Если угол  небольшой, то cos  1 и формулу (6) с учетом q = е (е – заряд электрона) можно представить в виде:

. (11)

Из выражений (11) и (7) можно получить формулу для вычисления удельного заряда электрона:

, (12)

где U – напряжение между анодом и катодом равное разности потенциалов  (значение приведено на установке), В - индукция магнитного поля в соленоиде.

Индукцию магнитного поля в соленоиде можно вычислить по формуле:

В = k  I, (13)

где k – коэффициент пропорциональности, I – сила тока в соленоиде. Величина k определена при градуировке соленоида с помощью измерителя магнитной индукции (ее значение приведено на установке).

Шаг винтовой траектории h можно найти, зная число полных оборотов n, которые проделали электроны, двигаясь по винтовой траектории, проходя расстояниеот отклоняющих пластинок до экрана ЭЛТ (значениеприведено на установке).

, (14)

Подставляя (14) и (13) в формулу (12) получаем окончательное выражение для расчета удельного заряда электрона:

. (15)