Експериментальна установка

Рис. 9.4. Схема експериментальної установки.

Схема експериментальної установки на базі двохелектродної лампи Л з циліндричним анодом, спеціально виготовленої з немагнітних матеріалів приведена на рис. 9.4. Анод лампи складається з трьох металевих циліндрів однакового діаметру. Два крайніх циліндра, електрично ізольовані від середнього невеликими зазорами. Це використовується для компенсації крайових ефектів на торцях середнього циліндру, струм з якого вимірюється. Замість катоду використовується тонкий (діаметром 50 мкм) добре натягнутий вольфрамовий дріт, розташований по осях всіх трьох циліндрів анодної системи. Катод лампи розігрівається струмом від стабілізованого джерела струму. З цього джерела на анод лампи подається стала напруга (12-120В), яка регулюється за допомогою потенціометра та вимірюється вольтметром.

При вимірюваннях лампу вставляють у соленоїд. Струм, який проходить через соленоїд, вимірюється амперметром А. Індукція магнітного поля у соленоїді розраховується по струму, який протікає через обмотку соленоїду. Залежність індукції магнітного поля від струму соленоїда визначається таким чином. По визначенню, індуктивність дорівнює:

L = Ф / I, (9.13)

де - Ф = NBS - повний потік магнітної індукції;

N - кількість витків;

S - площа витка;

I - струм через соленоїд.

З другого боку, індуктивність соленоїду можна знайти за виразом

L = ₀N²S / l, (9.14)

де l - довжина соленоїду.

З (9.13) та (9.14) можна отримати

B = ₀NI / l (9.15)

Данні для обчислення: N = 2500, l = 168 мм, r_a = 3 мм, ₀ = 410^-7 Гн/м,  = 1

Завдання

1. Увімкнути джерело струму лампи. Встановити на аноді лампи потенціал U_a=40В. Зняти залежність анодного струму I_a від індукції магнітного поля В у соленоїді.

2. Зняти таку ж залежність I_a=I_a(B) для 5-6 фіксованих значень U_a у діапазоні 40-120 В.

3. Використати отримані результати для накреслення сімейства кривих I_a(B). По графіку для кожного значення U_a визначити критичне значення індукції магнітного поля B_kp.

4. Накреслити на графіку залежність B_kp² від U_a. По кутовому коефіцієнту отриманої прямої визначити питомий заряд електрону e/m.

Дані вимірювання занести в таблицю:

	Uан.=40 В	Uан.=60 В	Uан.=80 В	Uан.=100 В	Uан.=120 В
Ісол.	Іан.(А)	Іан.(А)	Іан.(А)	Іан.(А)	Іан.(А)
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5

Контрольні питання.

1. Які сили діють на електрон у експериментальній установці по визначенню питомого заряду електрону за допомогою методу «магнетрона»?

2. Як описується рух електрону в двохелектродній лампі в площині, перпендикулярній катоду при вимірюванні відношення e/m?

3. Яким чином описується радіальний рух електрону в двохелектродній лампі у «методі магнетрона»?

4. Який вигляд траєкторії електронів при B < B_kp, B = B_kp, B > B_kp в магнетроні?

5. Як визначається відношення e/m в «методі магнетрона»?

6. По якій траєкторії рухається заряд в магнітному полі при довільному напрямку початкової швидкості?