Реферат: Отчет по лабораторной работе

На электрон в электрическом поле, создаваемым между катодом и анодом, действует сила еЕ. Здесь Е - напряженность поля между катодом и анодом (поле цилиндрического конденсатора):

.

(15)

Разность потенциалов между катодом радиуса r₀ и анодом радиуса r_А равна:

.

(16)

Отсюда находим постоянную С:

.

(17)

Таким образом , уравнение движения электрона (второй закон Ньютона) в электрическом поле , создаваемом между катодом и анодом, можно представить в виде:

.

(18)

Значение времени пролета электрона от катода к аноду дает решение уравнения (18):

.

(19)

Для определения удельного заряда электрона магнетрон помещают в поле соленоида так, что лампа находится в центре соленоида, где поле однородно (Рис.5). Магнитное поле соленоида перпендикулярно плоскости, в которой движутся к аноду электроны, вырванные с катода.

В магнетроне на каждый электрон, движущийся в лампе по радиусу от катода к аноду, со стороны магнитного поля соленоида действует сила Лоренца, определяемая по формуле (2). Так как электроны движутся радиально, а магнитное поле соленоида направлено по оси лампы, то угол между и равен 90⁰ и сила Лоренца, действующая на движущийся электрон, перпендикулярна и . Величина силы Лоренца равна:

.

(20)

Под действием силы Лоренца электроны движутся по криволинейным траекториям, форма которых близка к дуге окружности . С увеличением индукции магнитного поля соленоида (силы тока в соленоиде) радиус траектории уменьшается (см. формулу (6). На рис. 6 показаны траектории движения электронов при различных значениях индукции магнитного поля. Здесь представлены траектории трех электронов, вылетающих с поверхности катода с различными скоростями. Обратите внимания, что при малых полях все электроны попадают на анод и поэтому анодный ток остается неизменным при увеличении магнитного поля (см. рис 7). При некотором поле уже не все электроны попадают на анод и поэтому анодный ток уменьшается. Когда ни один электрон не попадает на анод, ток в анодной части цепи прекращается.

Рис. 6

Рассмотрим идеальный случай, когда скорости всех вылетивших с поверхности катода электронов равны. При некотором значении тока в соленоиде радиус окружности R становится равным половине расстояния между катодом и анодом r_А /2. Такой режим работы лампы называется критическим. При этом по соленоиду течет критический ток I_кр , которому соответствует критическое поле В = В_кр .

При В > В_кр электроны перестают попадать на анод и анодный ток уменьшается скачком ( кривая I на рис. 7).

Рис. 7

При выполнении условия В = В_кр время пролета электрона от катода к аноду, определеляемое формулой (19), равно полупериоду вращения электрона по окружности. Период определяется по формуле (7). Таким образом:

.

(21)

Отсюда находим удельный заряд электрона:

.

(22)

Эту формулу можно представить в другом виде:

.

(23)

где k - постоянная установки, зависящая от конструкции лампы. Значение постоянной k и числа витков n соленоида на единицу длины указаны в паспорте установки.

В реальном магнетроне, вследствие некоторого разброса скоростей электронов и нарушения соостности катода и магнитного поля, анодный ток уменьшается не скачком (кривая 2 на рис. 7). Значение силы тока соленоида в точке перегиба кривой и будет критическим током. Для нахождения I_кр надо построить график зависимости производной (точнее ) от тока в соленоиде I_C и по положению максимума оределить критический ток соленоида.

Рис. 8

В работе используется электрическая схема, представленная на рис.9. Она состоит из двух цепей: а) - цепь соленоида, б) - цепь диода.

В цепи соленоида реостаты R ₁ и R ₂ служат для изменения силы тока I_С , протекающего через соленоид L . Сила тока I_С измеряется с помощью амперметра А . Наряжение в цепи соленоида U_С подается с источника питания ИП.

Рис. 9

В цепи диода источник питания ИП служит для подачи анодного напряжения U_А на лампу и напряжения U_N на нить накала лампы. Анодное напряжение U_А измеряется с помощью вольтметра V . Сила тока I_А в анодной части цепи измеряется с помощью миллиамперметра mA . Анодное напряжение регулируется с помощью ползунка, вмонтированного в источник питания.

1. Основная расчетная формула для определения удельного заряда электрона :

где U_a — анодное напряжение, L — длина соленоида, D — диаметр соленоида, N — число витков соленоида, R_a — радиус анода, m₀ — магнитная постоянная, I_{c ,кр} — критический ток соленоида.

Магнетрон :

а) соленоид

диаметр D = 33,5 мм ,

длина L = 50,00 мм.,

число витков N = 213;

D_D = 0,1 мм.,

D_L = 0,01 мм;

б) диод