Контрольные вопросы

1. Каков физический смысл электрического сопротивления? От чего зависит удельное сопротивление металлического проводника?

2. Сформулируйте закон Ома для неоднородного и однородного участка цепи, для замкнутой цепи.

3. Используя правила Кирхгофа, выведите формулы (2.7) и (2.8).

4. В чем суть метода определения удельного сопротивления, используемого в данной работе?

Литература

Трофимова Т.И. Курс физики. М.: Изд. центр «Академия», 2007. § 96 –101.

РАБОТА № 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДАЭЛЕКТРОНА

МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА

Цель работы: с помощью магнетрона определить отношение заряда электрона к его массе (удельного заряда).

Приборы и принадлежности: миллиамперметр, микроамперметр, двухэлектродная электронная лампа, потенциометр.

Основы метода и описание установки

Простейший магнетрон представляет собой двухэлектродную электронную лампу, состоящую из цилиндрического анода и расположенного на его оси катода. Лампа помещается в однородное магнитное поле, которое направлено вдоль ее оси. В данной работе магнитное поле создается соленоидом.

Индукция магнитного поля B изменяется за счет изменения силы тока I_c в соленоиде, в результате чего изменяются траектории движения электронов и, как следствие, анодный ток I_a магнетрона. Удельный заряд e/m электрона оценивается по экспериментально полученной зависимости I_a = f(I_c).

На электрон, движущийся от катода к аноду, действуют две силы: одна – со стороны электрического поля:

(3.1)

другая – со стороны магнитного поля

(3.2)

Первая направлена вдоль радиуса от катода к аноду, вторая – перпендикулярно к векторам скорости и индукции магнитного поля.

На рис. 3.1 показаны траектории электронов при различных значениях индукции магнитного поля. По мере увеличения индукции поля траектория электрона все более искривляется, и при некотором критическом значении индукции B_кр электроны перестают достигать анода. Анодный ток в этот момент резко уменьшается.

Рис. 3.1. Влияние магнитного поля на траекторию движения электрона

Изображенную на рис. 3.2 зависимость силы анодного тока от индукции магнитного поля называют сбросовой характеристикой магнетрона.

а б

Рис. 3.2. Примерный вид идеальной (а) и реальной (б) сбросовых характеристик магнетрона

Идеальная характеристика получилась бы при одинаковых скоростях движения электронов в строго однородном поле. Реально прекращение анодного тока происходит не скачком, а плавно. Критическое значение B_кр индукции магнитного поля соответствует точке перегиба кривой I_a = f(I_c). Критический диаметр траектории электрона равен радиусу анода:

.

(3.3)

Сила, действующая на электрон со стороны магнитного поля, сообщает ему нормальное ускорение. По второму закону Ньютона

,

(3.4)

откуда

.

(3.5)

С другой стороны,

,

(3.6)

где U_a – разность потенциалов между катодом и анодом. Из формул (3.5) и (3.6) легко получить формулу для удельного заряда электрона

	(3.7)

Магнитное поле соленоида конечной длины без сердечника рассчитывается по формуле

(3.8)

где Гн/м – магнитная постоянная;N – число витков соленоида; – ток в соленоиде;D – диаметр соленоида; L – его длина.

Формула для расчета удельного заряда электрона принимает окончательный вид:

(3.9)

Принципиальная схема электрической установки, приведенная на рис. 3.3, состоит из двух частей – цепи соленоида (а) и цепи диода (б).

а б

Рис. 3.3. Принципиальна схема электрической цепи установки:

mA – миллиамперметр;

A – микроамперметр;

П₁, П₂ – регуляторы тока и напряжения