Описание экспериментальной установки

В данной работе для определения величины удельного заряда  используется осциллографическая электронно-лучевая трубка, ось которой направлена вдоль линии индукции В магнитного поля, созданного прямым соленоидом.

Рис. 2.  Цоколевка ЭЛТ. 1 и 12 - нить накала. 2 - катод. 3 - модулятор, 4 - 1-й анод. 6 и 7 - вертикально отклоняющие пластины. 8 - 2-й анод. 9 -10 горизонтально отклоняющие пластины, а3 - 3-й анод

Электроны, вылетающие из подогреваемого катода, ускоряются электрическим полем Е между катодом и анодом. Пролетая сквозь отверстие в аноде, они движутся по инерции к экрану и, попадая на него, вызывают свечение.

Рис. 3 1 - обмотки соленоида, 2 - электронно-лучевая трубка, 3 – катод, 4 – отклоняющие пластины, L – расстояние от анода до экрана.

При отсутствии магнитного поля расходящийся под небольшим углом пучок электронов образует на экране светящееся пятно значительного размера. При включении магнитного поля электроны начинают двигаться по винтовым линиям с шагом, определяемым соотношением (6). При этом на расстояниях f, 2f (см. (6)) сечение электронного пучка будет наименьшим, т. к. на этих расстояниях от катода электронный пучок будет фокусироваться. При изменении индукции магнитного поля изображение пучка на экране будет периодически сжиматься в яркое светящееся пятнышко. Условие фокусировки пучка, очевидно, следующее:

,                                                        (7)

где - номер фокуса,  - шаг, ℓ - расстояние от анода до экрана. Из условий (7) и (6) находим

                                                        (8)

Скорость V - электронов определяется величиной ускоряющего анодного напряжения . Из закона сохранения энергии следует, что

,

 откуда

.                                                       (9)

Известно, что модуль индукции магнитного поля соленоида в вакууме (и воздухе) равен

,                                                      (10)

где (Гн/м) - магнитная проницаемость вакуума, I- сила тока в обмотке соленоида, n- число витков на единицу длины соленоида. Из формул (10), (9), (8) получим окончательно:

.                                                 (11)

 

Рис. 4 Н1 и Н2 клеммы начала двух обмоток соленоида, К1 и К2  выводы концов обмоток. Нумерация клемм соответствует цоколевке рисунка 3.

Измерения

1. Собрать схему установки в соответствии с рисунком 4.

2. Включить выпрямитель ВУП-1 и установить анодное напряжение в пределах 400-600 В. Дождаться появления на экране электронно-лучевой трубки светящегося пятна.

3. Включить питание соленоида и, увеличивая ток в его обмотках, добиться фокусировки электронного пучка.

4. Повторить фокусировку луча 5-6 раз, изменяя величину ускоряющего анодного напряжения.

5. Записать соответствующие значения U и  и по формуле (11) определить величину удельного заряда электрона.

Контрольные вопросы

1. Укажите основные физические характеристики электрона.

2. Сила Лоренца: ее направление и величина.

3. докажите, что сила Лоренца не совершает механической работы.

4. По каким траекториям могут двигаться электроны в однородном магнитном поле?

5. От чего зависит вид траектории?

6. Каким образом магнитное поле фокусирует электронный пучок?

7. Получите формулы (10) и (11).

8. Каково назначение электродов электронно-лучевой трубки?

9. Почему в эксперименте не удается все электроны сфокусировать в одну точку?

Приложения

Для электронно-лучевой трубки, использованной в данной работе, расстояние от анода до экрана электронно-лучевой трубки ℓ равно 15 см.

Число витков на один метр длины соленоида равно  = 780 м^-1.

 

Лабораторная работа № 18

Основы дозиметрии

 

Лабораторная работа № 19