Измерение удельного заряда электрона методом магнетрона

Лабораторная работа № 2

Измерение удельного заряда электрона методом магнетрона

Вариант 8

Цель работы:

1.   Ознакомиться с законами движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях.

2.    Определить удельный заряд электрона с помощью цилиндрического магнетрона.

Схема экспериментальной установки

Магнетроном называется электровакуумное устройство, в котором движение электронов происходит во взаимно перпендикулярных электрическом и магнитном полях. Одно из применений магнетрона в том, что он является источником электромагнитного излучения СВЧ диапазона: с частотами в интервале примерно от 109 до 1012 Гц. 

В работе магнетрон имеет самую простую конструкцию и представляет собой радиолампу-диод прямого накала, электродами которой являются коаксиальные цилиндры. Катодом является спираль по оси радиолампы, а анодом - цилиндр вокруг катода, с максимальной эффективностью собирающий эмитированные с катода электроны. Радиолампа помещена во внешнее аксиальное магнитное поле, создаваемое соленоидом с током. 

Схематическое изображение устройства магнетрона (продольное сечение) представлено на рис 1. При этом силовые линии электрического поля имеют радиальное направление, а линии индукции магнитного поля совпадают с осью электродов. На Рис. 2 показано поперечное сечение радиолампы с указанием направлений векторов магнитной индукции  и напряженности электрического поля . 

При нагревании катода лампы с его поверхности начинают вылетать электроны. Это явление называется термоэлектронной эмиссией. Эмитированные электроны движутся к аноду во взаимно-перпендикулярных электрическом и магнитном полях (Рис.2). Электрическое поле создается между катодом и анодом магнетрона источником анодного напряжения, а магнитное поле – соленоидом (цилиндрической катушкой) с током, внутри которого и находится вакуумный диод. Таким образом, электроны могут двигаться внутри цилиндрического объёма, ограниченного анодом электронной лампы.

Вычисление удельного заряда электрона

Таблица 1. Зависимость анодного тока магнетрона от тока соленоида

Вывод:

Контрольные вопросы

1. Опишите действие электрических сил на электрон в магнетроне
2. Опишите действие магнитных сил на электроны в магнетроне
3. Изобразите направление электрического и магнитного полей в магнетроне в случае движения электронов по траекториям, изображенным на рис.5.
4. Запишите второй закон Ньютона для электрона в магнетроне. Укажите направление действующих на электрон сил.
5. Выведите формулу (8) для определения удельного заряда электрона
6. Полагая катод заряженной нитью диаметром 1 мм, оцените величину напряженности электрического поля вблизи катода (Используйте данные в лабораторной работе радиус анода, анодное напряжение).

1. Цель работы
2. Схема
3. Теория
4. Экспериментальные данные
5. Вывод
6. Контрольные вопросы

-