Meghatározása specifikus töltés az elektron magnetron által (1) - Lab
Meghatározása specifikus elektron töltése magnetronos
Bevezetés. Specifikus töltés az elektron az aránya az elektron töltése tömeg - e / m. Ez a mennyiség lehet meghatározni a különböző kísérleti technikák, beleértve a „módszer magnetron.” Ennek alapján a módszer az ötletet, hogy egy két elektróda vákuumcső (dióda) az azonos konfiguráció az elektromos és mágneses mező a magnetron - elektronikus eszközök széles körben használják, mint a generátor az elektromágneses hullámok az ultramagas frekvenciájú.
A mozgás az elektronok a dióda történik a gyűrűs tér közötti koaxiális hengeres elektródok - anód és a katód. A A elektródák hossza lényegesen nagyobb, mint az a távolság közöttük. Bármely pontján ebben a térben egy elektromos mező E irányított tengelye mentén a henger sugarának. A mágneses mező által előállított egy szolenoid körülvevő dióda. Indukciója a mágneses mező B tengelyének irányába a dióda. Így az elektron keresztbe területeken (mint a magnetron!) És annak egyedi mozgását eltökélt, és az értéke a ortogonalitásának ezeken a területeken. A kezdeti sebessége az elektronok kijáratánál a katód kerül nullának tekintjük.
P
Tekintsük az utat a mozgó elektronok hatására ezeken a területeken. Ebben az esetben célszerű, hogy kihasználják a hengeres koordinátarendszer, amelyben a helyzetben az elektron fog leírni egy r távolságban, a henger tengelyére. szög és ofszet a tengely mentén z (1. ábra).
Az elektromos mező által ható erő az elektron
Az elektromos mező bármely ponton közötti koaxiális hengerek sugarak egybeesik a vetülete az irányban
ahol U - közötti potenciálkülönbség az anód és a katód (anód feszültség),
R - a távolság a tengely egy tetszőleges pont N kisülési régióban.
Az (1) egyenlet vetített koordinátatengellyel
A mágneses mező hat a Lorentz-erő elektron Fm
ahol a nyúlványok felírható (figyelembe véve a jele ellenében):
Így sem elektromos vagy mágneses erő nem rendelkezik komponense mentén a z-tengely. így az elektron mozgást tengelye mentén a henger egységes lesz. A mozgás a síkban (R, ) leírják pillanatok egyenlet vonatkozásában a z tengellyel.
ahol Jz - a tehetetlenségi nyomaték tekintetében az elektron z-tengely. amely megegyezik MR2.
Mz - összege az összes momentuma ható erők az elektron, a vetülete a z-tengely.
Behelyettesítve értékeit az összes változót a (8) képletű, kapjuk az alábbi differenciálegyenlet:
Integrálása (10) egyenlet, megkapjuk a megoldás
ahol a C - állandó integráció, amelynek meg kell határozni a peremfeltételek. Elején a mozgás koordinálása r sugara rk a katód. sebessége kilépő elektronok a katód nullával egyenlő: v = 0 és a = 0.
Ebben az esetben, a (11) egyenlet kapjuk, hogy az elektron a síkban (R, ) mozog szögsebességgel
Tekintsük most a sugárirányú mozgását az elektron ahogy mozog egy elektromos mező az anód felé. Amikor a mozgó egy elektront a katód (vegye a potenciális nullára), hogy az a pont N, hogy a lehetséges V elektromos tér munka
Itt és az alábbiakban a modul ki van hagyva a jele az elektron töltése, így e kifejezés csak a számértéket. A mágneses mező nem termel munkát, hiszen a Lorentz-erő és az elmozdulás szöge .
A munka az elektromos mező növeli a mozgási energiája az elektron a mv2 / 2 (az eredeti elektron sebessége elhanyagolható!):
Behelyettesítve elektron sebessége komponenseket a képletek (7) és (12) (14), így a következő egyenlet:
Ez az egyenlet a mozgás az elektron. Tekintsük a lehetséges mozgási útvonal egy anód feszültség U (katód potenciál nulla, a feszültség Va számszerűen egyenlő potenciál), de különböző indukciós B.
1. hiányában a mágneses mező az elektron pálya egyenes vonalú, és arra irányul, sugár mentén a katód K az anód A (2. ábra).
2.When jelenlétében egy gyenge mágneses mező a elektron pályája görbül valamelyest, de az elektron eléri az anód.
3. Egy bizonyos értéket a mágneses mező pályája görbül úgy, hogy csak megérinti a felületet az anód. Hívjuk ezt az értéket a mágneses mező indukció kritikus BKP.
4.Nakonets at BBkp elektron nem esik az anódon, azt vissza egy görbe pálya mentén, hogy a katód.
BKP mennyiséget lehet egyenletből talált (15), figyelembe véve, hogy közel az anód, amikor R a = R. sugárirányú sebességét az elektron eltűnik
A mi körülmények között, az arány (rk / RA) 2 = (0,5 / 10) 2 0,01, így lehet képest elhanyagolhatóan 1, és ez a kifejezés felírható a következő formában:
amelynek határozza meg a kritikus értéket indukciós.
A változók U ez egy lineáris egyenlet a lejtőn
Ha eltávolítja a kísérleti függését az anód feszültség U és ábrázoljuk ennek a kapcsolatnak, akkor lehet meghatározni, a menetrend a lejtőn
Egyenlővé kifejezések (18) és (19), a következő egyenletet kapjuk, amely a kívánt E / M:
Ez kapcsolatban (20) arra használjuk, hogy meghatározzák a konkrét felelős elektron ebben a laboratóriumban. Továbbra is végrehajtja a forgatókönyvet írta a fenti kísérlet során.
D
most azt feltételezték, hogy az összes az elektronok a katód egy nulla kezdősebességgel. Ebben az esetben BBkp elérik az anód és a BBkp minden visszatért a katód, mielőtt az anód. Az anód la áram elektronikus lámpa növekvő mágneses mező megváltozik, míg amint az a 3. egy szaggatott vonal. Valójában emittált elektronok a fűtött katód különböző kezdeti sebességeket. Ezért a kritikus állapotban a számukra történik különböző értékei indukciós B. Graph Ia a B - az úgynevezett effluens jellemző - szerez eltérő formában (folytonos vonal a 3. ábrán).
Vannak más okok, ami a simítás a kiürített lefúvató jellemzőkkel, így például hibaállapot szigorú koaxiális katód és az anód a mágnesszelep, a mágneses tér inhomogenitása a magnetron, peremhatások, stb Ebben az esetben a kritikus érték az elfogadott BKP indukciós érték az inflexiós pont (a pont a maximális meredekség) a lemerült iszaptalanítói jellemzőit.
A telepítés leírása. Ebben a tanulmányban az „magnetronos” használt vákuumcső - vákuum dióda 1TS11P. anód sugara Ra = 10 mm, a katód rk = 0,50 mm. A lámpát helyezünk a közepén a tekercs, ahol a mágneses mező homogénebb. Sematikus ábrája a telepítés a 4. ábrán látható. Meg lehet elkülönített három részből áll: egy lámpa fűtőkör (1), az anód áramkör (2) és a mágnestekercs-áramkörben (3).
az
katód fűtőkör tartalmaz: áramgenerátort IP1, ampermérőt A1. RH változtatható ellenállás beállítására a fűtőáram. Ebben a munkában áramforrása B5-71, amely tartalmazza az összes elemet tartalmazza.
Az anód áramkör tartalmaz egy áramforrást IP2, potenciométer Ra. lehetővé teszi, hogy simán változik az anód feszültség, a voltmérő V (ezeket az elemeket tartalmazza a forrás B5-48 DC) és milliammeter mA (SCH4313 multiméter) mérjük a anódáram Ia.
A mágnesszelep áramkör tartalmazza IP3 aktuális forrás reosztát, hogy ellenőrizzék a mágnesszelep aktuális árammérő A2 R. (B5-50 tartalmaz egy egyenáramú áramforrás).
1TS11P vákuum csövet és egy körülvevő tekerccsel vannak felszerelve egy közös Lab panelek.
Mérést. 1.Privedite laboratóriumi növény a kiindulási helyzetbe:
összes hálózati kapcsolót „OFF”;
SP az áramforrás 1 (B5-50) set: V - 160 V, mA - 10 mA;
az áramforrás IP 2 (B5-48) beállítva: V - 5, A - 1,11A;
a tápegység, SP 3 (B5-71) állítsa be:
fogantyú U - balra (az óramutató járásával ellentétesen)
kezeli azt - a szélsőjobboldal
kapcsoló V / A - A a helyzetben, hogy a pontszám volt kiemelt áramerősség),
Switch VNUTR.-EXT. - abban a helyzetben befelé.
A multiméter SCH4313 klikk és hagyja, ha behúzott gombot, és a gombot 2 mA. előkészítve ezzel az eszköz áram mérésére, hogy 2 mA; Hagyja a többi gomb a felső pozícióban.
2.Soberite elektromos áramkör a blokk diagram (5. ábra), és kérje a tanár, hogy ellenőrizze, ha minden jól végzik-e.
3.Vklyuchite forrás PS1 fűtőáram U visszaállítása a fogantyút, és a mutató aktuális IH = 0,20 A.
4.Cherez 2-3 perc (a melegítéséhez szükséges idő a katód) forrását tartalmazhatja lemez feszültség IP2 (B5-48), és a mérő áramforrás IP3 mágnesszelep (B5-50).
5. Vegye ki az iszapot jellemzői a magnetron. Erre a célra a szolenoid áram növekedése 10 mA 90 mA, 10 mA, távolítsa el a mérőállás mérése anódáram Ia a lámpa. Record eredményeket az 1. táblázatban.
6.Takim azonos módon váltakozva eltávolítsa távozó jellemzőit anódfeszültsége 10B, 15B, 20B, 25B, 30B, a beállítás, hogy a forrás IP2 (B5-48).
A mérési eredmények feldolgozása. 1.Postroyte egy tabletta családnak hiba jellemzőit. Ezek a grafikonok körültekintő építeni a koordinátáit la Ic. helyett indukciós, amint az a 3..
3.Postroyte B2kp ütemezés függően az anód feszültség U.
4.Naydite B2kpU szögletes együtthatója egyenes vonal, és amely a (20) képletű, hogy meghatározzák a konkrét felelős elektron e / m.
5.Udelny elektron töltése megtalálható közvetlenül a (17) képletű az ugyanazon adatok a 2. táblázat. Tedd ezt, és kapsz hat független értékek e / m. Erről kiszámítja az átlagos érték e / m és fél szélességét megbízhatósági intervallum e / m Student formula. Rögzíti az eredményt a szokásos formában
6.Sravnite fajlagos töltésű kapott értéket a táblázatban. Elemezzük az esetlegesen hibaforrások.
1.Elektron található egy tetszőleges helyen a dióda elektródák közötti térben. Döntetlen ható erőket is.
3.Rassmotrite részletesen módszer lényege a meghatározására külön díj az elektron.
4. Hogyan lehet mozgatni egy elektron keresztbe területeken, ha az elektródák - síklemezek?
5. Miért lámpa anód áram nullára csökken, ha a mágneses mező a szolenoid valamivel magasabb, mint az úgynevezett kritikus érték?
6.Kakovo érdekében, hogy egy maradék gáz nyomást dióda, feltételezve a hőmérséklet körülbelül 400 K?
1.Kalashnikov SG Villamos energia. M. Nauka, 1977. §182.
2.Rukovodstvo a laboratóriumi munka a fizika. / Ed. L.L.Goldina. Nauka, Moszkva, 1983. S.273.
4.Artsimovich LA Lukyanov SB A mozgás töltött részecskék elektromos és mágneses mezők. M. Nauka 1978.