МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

Ярославский государственный университет имени П. Г. Демидова

Отчёт по лабораторной работе №2а

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА

Выполнили: студенты 3-го курса

группы РФ-31 БО

Принял:

Сергеев Александр Николаевич.

Ярославль 2021г

Цель работы:

Определить удельный заряд электрона методом магнетрона.

Оборудование:

Вакуумная лампа; амперметр, измеряющий ток накала лампа; соединительные провода; блок питания HY3010E; блок питания HY1803E.

Краткая теория.

1. Движение электрона в электрическом и магнитном полях.

Как известно, сила, действующая со стороны электромагнитного поля на движущуюся со скоростью v c зарядом q частицу, выражается формулой:

(1)

Согласно второму закону Ньютона, сила равна произведению массы m на ускорение :

(2)

Приравнивая первые части (1) и (2), получаем:

(3)

Для ускорения можно записать следующее соотношение:

(4)

Это уравнение (4) показывает, что движение заряженной частицы в силовых полях зависит от отношения , которое называется удельным зарядом данной частицы.

Подставляя в (3) Е = 0, получаем:

(5)

В однородном магнитном поле, направленном перпендикулярно к скорости частицы, легко найти ее траекторию. Приравнивая значение силы Лоренца и центробежной силы инерции:

(6)

получаем выражение для радиуса ρ

(7)

Чем больше скорость электрона v, тем сильнее он стремится двигаться прямолинейно по инерции, и радиус искривления траектории будет больше.

2. Экспериментальные методы определения удельного заряда.

1. Определение удельного заряда электрона по методу отклонения в электрическом и магнитном полях.

На рисунке 1 представлена схема прибора для определения удельного заряда электрона и скорости . Нагреваемый током катод , помещённый в трубку, которая откачана до максимально возможного вакуума, является источником электронов. Эти электроны имеют небольшую тепловую скорость и благодаря разности потенциалов, создаваемой батареей , положительный полюс которой присоединён к металлической пластинке (аноду) , с отверстием в центре, могут существенно ускорится. Электроны, прошедшие через это отверстие, двигаясь прямолинейно, дают на стенке трубки , покрытой флуоресцирующим веществом, светлое пятнышко , расположенное против отверстия в аноде . На пути между анодом и экраном F электроны проходят между пластинками конденсатора , к которым может быть приложено напряжение от батареи . Если подключить батарею , то пучок электронов отклоняется электрическим полем, возникающем между пластинами, и пятнышко перемещается в положение F'.

Рисунок 1- Схема метода определения удельного заряда по отколнению в электрическом и магнитном полях.

Создавая между пластинами конденсатора CD также и однородное магнитное поле, перпендикулярное к плоскости чертежа (на рисунке 1 показано точками), можно вызвать отклонение пятнышка в том же или в обратном направлении. Практически удобнее скомпенсировать магнитным полем первоначальное электростатическое отклонение.

Окончательную скорость электронов находится из уравнения:

(8)

Поэтому, зная , мы уже знаем и скорость электронов. Это освобождает нас от необходимости использовать и электрическое, и магнитное отклонение для нахождения удельного заряда и скорость электрона v. Достаточно воспользоваться либо электрическим (8), либо магнитным полем (5).