Суть метода магнетрона кратко

Обновлено: 04.07.2024

Удельным зарядом называется отношение заряда частицы к ее массе е/m.

Определив значение удельного заряда и величину заряда, подсчитывают массу частиц. Таким методом подсчитана масса электрона и других элементарных частиц.

Если двухэлектродную лампу поместить в магнитное поле, то электрон попадет в сложное электромагнитное поле.

Известно, что на заряд, движущийся со скоростью v в магнитном поле с индукцией В, действует сила Лоренца

F = e· v ·B·sinα

Из формулы видно, что величина силы Лоренца зависит не только от значения скорости и индукции магнитного поля, но и от взаимной ориентации векторов v и В.

Сила Лоренца будет равна 0, если заряд будет двигаться вдоль линии индукции магнитного поля, и будет максимальна при движении заряда в направлении, перпендикулярном индукции магнитного поля.

В нашем случае магнетрон помещен внутри соленоида так, что созданное током в его обмотке магнитное поле параллельно оси лампы, т.е. нити накала.

Так как скорость электрона, увлекаемого электрическим полем между катодом и анодом, направлена по радиусу цилиндра анода, то угол между вектором индукции и вектором скорости электрона равен 90 0 .

Тогда формула Лоренца запишется так: F = μо·e· v ·Н , так как В = μо·Н .

При отсутствии магнитного поля электрон движется строго по радиусу от нагретого катода к аноду (рис. 2а). Если теперь пропустить ток по обмотке соленоида, то во внутренней его части возникает однородное магнитное поле. Сила, действующая на электрон в магнитном поле, отклонить электрон от прямолинейного пути. Путь электрона будет искривлен (рис. 2б). При некотором критическом значении магнитного поля электроны перестанут попадать на анод и будут двигаться по траектории, которую в первом приближении можно представить в виде окружности (рис. 2в).


Радиус этой окружности равен половине радиуса анода магнетрона.


где r – радиус траекторий движения электрона;

R – радиус анода.

При движении электрона по окружности, сила Лоренца, обусловливающая это движение, является центростремительной силой и равна



Сократив обе части равенства на v, получим


(1)

В электрическом поле электрон приобретает скорость за счет разности потенциалов между анодом и катодом U = UК – UА. Следовательно


Отсюда можно определить скорость движения электрона



Подставим значение скорости в уравнение (1)



Решая равенство относительно , получим


(2)


Принимая во внимание, что , подставив значение r в формулу (2), получим


(3)


где

Напряженность магнитного поля соленоида определяется по формуле


(4)

Как показывает опыт, даже при малых магнитных полях анодный ток магнетрона начинает падать. Так как магнитное поле не влияет на число вылетевших из нити электронов, то постепенное падение анодного тока можно объяснить тем, что электроны вылетают из катода с различной скоростью и всегда будет некоторое число медленных, которые будут возвращаться на нить, не попадая на анод даже при малых магнитных полях.

При дальнейшем увеличении напряженности магнитного поля наступит такой момент, при котором большинство электронов, имеющих среднюю скорость, будут описывать окружность радиусом R/2 и будут возвращаться на катод. Анодный ток при этом очень быстро падает.

Зависимость анодного тока от силы тока в соленоиде, создающем магнитное поле, представлена на рис. 3. Будем считать, что формула (3) выведена для средней скорости движения электронов. Тогда в формуле Н есть то значение напряженности магнитного поля, при котором на рис. 3 получается точка перегиба.

В качестве магнетрона в данной работе используется кенотрон с радиусом анода R = 1,35 см = 0,0135 м. Эта лампа помещена внутри соленоида.

Обмотка соленоида питается от источника постоянного тока напряжением 50 В. Цепь соленоида собирается по схеме (рис. 4).

Анодное напряжение и напряжение накала катода подается с универсального источника питания УИП-1.

Порядок выполнения работы

1. Изучить рабочую установку.

2. Установить при помощи потенциометра в анодной цепи напряжение порядка 90 В.

Читайте также: