Федеральное агентство связи

ФГБОУ ВО «СибГУТИ»
Кафедра физики

Лабораторная работа 4.1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА

Выполнил студент группы:
РИ-11 Труфанов Дмитрий Викторович

Проверил преподаватель:
Власов Александр Александрович

Измерения сняты
	Дата, подпись преподавателя
Отчет принят
	Оценка, дата, подпись преподавателя
Работа зачтена
	Оценка, дата, подпись преподавателя

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. 
   Ознакомиться с законами движения заряженных частиц в электрическом и магнитном полях.
   
2. 
   Определить удельный заряд электрона с помощью цилиндрического магнетрона.
   

2. 
   ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
   

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: ƒ10⁹÷10¹²ГцМагнетрон является основным элементом СВЧ печей (микроволновых печей), магнетроны широко используют в современных радиолокационных станциях. В нашей 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 (рис.1). Радиолампа помещена во внешнее аксиальное магнитное поле, создаваемое соленоидом с током (Образец такого устройства

---

приведен на рис. 2).






Схематическое изображение устройства магнетрона (продольное сечение) представлено на рис.3. При этом силовые линии электрического поля имеют радиальное направление, а линии индукции магнитного поля совпадают с осью электродов. На рис. 4 показано поперечное сечение радиолампы с указанием

→

направлений векторов магнитной индукции Bи напряженности электрического

→

поля EПри нагревании катода лампы с его поверхности начинают вылетать

электроны. Это явление называется термоэлектронной эмиссией. Эмитированные электроны движутся к аноду во взаимноперпендикулярных электрическом и магнитном полях (рис.4). 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.

По второму закону Ньютона движение электрона в скрещенных электрическом и магнитном полях может быть описано:


→

→

_→ →
ma= qE+ q_[υB_]

В нашем случае m — масса электрона, q= – e, где е — абсолютная величина заряда электрона, υ — скорость электрона. В правой части уравнения (1) записана сила, состоящая из двух слагаемых: силы Кулона, действующей со стороны электрического поля и направленной вдоль силовых линий, и

---

магнитной силы Лоренца, действующей со стороны магнитного поля на

движущийся заряд и направленной перпендикулярно траектории движения электрона. Направление силы Лоренца определяются по правилу «левой руки» для положительного заряда. Траектория движения заряженной частицы в электромагнитном поле существенно зависит от величины удельного заряда — отношения заряда частицы к её массе. Вид траектории может быть получен из решения уравнения (1), но даже в случае цилиндрической симметрии это уравнение не имеет решения в аналитическом виде. Рассмотрим на качественном уровне движение электрона в цилиндрическом магнетроне. Для упрощения предположим, что электроны вылетают из катода с нулевой начальной скоростью, движение происходит в плоскости, перпендикулярной оси электродов, т. е. в плоскости рис.2, и что радиус катода существенно меньше радиуса анода. При протекании тока в цепи накала в результате термоэлектронной эмиссии вокруг катода в лампе образуются свободные электроны. В электрическом поле, обусловленном анодным напряжением

U_a , , эти электроны двигаются от катода к аноду, что может быть зафиксировано по анодному току лампы. Постоянный ток в обмотке соленоида создает магнитное поле, искривляющее траекторию движения электронов.

Выясним характер движения электронов в электрическом и магнитном полях. В

---

В магнетроне электрон движется в скрещенных электрическом и магнитном полях. В отсутствии магнитного поля траектория движения приведена на рис.5а. При наложении «слабого» магнитного поля траектория электронов искривляется, но, тем не менее, все электроны долетают до анода (рис. 5б). Увеличивая индукцию магнитного поля, можно получить ситуацию, когда электрон, двигаясь по криволинейной траектории, едва не коснется анода и возвратится на катод (рис. 5в). Криволинейная траектория в этом случае представляет собой окружность, радиус которой для электрона вблизи анода


2
примерно равен половине радиуса анода двухэлектродной лампы R= ₍^Ra₎

Используя формулу (4) можно переписать выражение для радиуса траектории электрона в этом случае:

---

=
^Ramυ

2 eB

Анодный ток при этом прекращается.

Таким образом, если известна индукция критического магнитного поля при определенном анодном напряжении, то из формул (2) и (5) можно рассчитать удельный заряд электрона:


=
_e8·U_a

^m R²·B<sup>2

a</sup> кр


2
При дальнейшем увеличении магнитного поля электроны, двигаясь по криволинейным замкнутым траекториям, удаляются от катода на меньшие расстояния и никогда не долетают до анода (рис. 5г). В этом случае, когда

---

Смотрите также файлы

• Ведомост ь учета результатов вождения упражнения.docx

• Практическая работа 2 Построение диаграммы контрольных событий. Диаграмма Ганта.pdf

• День до сдачи работы мы справимся, и ты получишь Отлично по своему предмету! Только представь ты занимаешься своим любимым делом, пока твои лохиодногруппники теряют свои нервные клетки Проникнись Это бесценное ощущение Курсовая,.docx

• 1. Что такое электромагнитные волны.ppt

• Банкир ос сия всем бедам назло вопросы кб ан ко в с кой системе наго д.pdf