de tip 1. kenotrons 2TS2S pe un stativ
3. ampermetru 2
4. milliammeter 10 mA
5. Voltmetrul la 300 V
Obiectiv: Pentru a determina taxa specifică a electronului de magnetron
informații teoretice Scurt
Măsurarea directă a masei unui electron este o problema semnificativa din cauza micimii sale. Este mult mai ușor de a determina taxa specifică a electronului, adică, raportul dintre cantitatea de sarcină la e / m greutate. și amploarea taxei pe taxa specifică e și masa m pot fi găsite de electroni. Pentru a determina e / m pot fi folosite diferite metode. În această lucrare am folosit metoda de magnetron.
Magnetron este un catod tub cu vid doi electrozi cu o formă cilindrică și coaxial cu acesta anod cilindric. Lampa este plasată într-un câmp magnetic omogen linii de electrozi ce formează vectorul forței paralele care sunt direcționate în inducerea.
Filamentul catod se încălzește și emite (emite) electroni. Dacă electrozii conectați sursa de alimentare ( „+“ la anod „-“ la catod), spațiul format între electrozii liniilor de câmp electric, care tensiunea va fi direcționat radial de la anod la catod. Astfel, pe de câmpul electric, electronii vor acționa în vigoare:
în cazul în care e - sarcina unui electron;
E - vector de câmp electric. Semnul „-“ indică faptul că taxa de electroni - negativ.
Schimbarea în energia cinetică a electronului în timp ce trece sub forța Fk poate fi găsită prin formula:
unde # 966; 1. # 966; 2 - diferența de potențial dintre punctele inițiale și finale ale căii;
v1. v2 - viteza inițială și finală de electroni
Pe un electron se deplasează într-un câmp magnetic, acționează forță Lorentz, se apleacă traiectoria. Amploarea și direcția forței Lorentz este determinată prin formula:
unde Fl - vector al forței Lorentz;
v - vector de viteză;
B - vector inducție magnetică.
Figura 2 prezintă o vedere în secțiune transversală a magnetronului, în care a și b - razele de catod și anod respectiv. Pentru electrozii o diferență de potențial. Câmpul magnetic este perpendicular pe desen pentru cititor. La deplasarea de electroni la punctul C forță de operare Fk și Fl. Forța Fk este direcționată de-a lungul razei anodului. Tăria Fl. în conformitate cu formula (2), perpendicular pe vectorul vitezei de electroni și magnetic de inducție câmp vectorial B. direcția forțelor Fk și Fl prezentat în figura 2. Deoarece ambele forțe se află în planul desenului, mișcarea de electroni este definit printr-o spirală plană de rază variabilă de curbură, care depinde de viteza electronului.
Pentru simplificare, presupunem că viteza inițială a electronilor la catod v = 0.
Când B = 0 pe electron o forță Fk. mișcare de electroni (considerând Ia = 0) va fi rectilinie de-a lungul razei (Fig. 3a). În acest caz, toți electronii emisi de catod, se va ajunge la anod, creând anod curent Ia.
Dacă B> 0 pe un electron, dar forța Fk. Acesta va fi o forță Fl Lorenz. curbeaza traiectoria mișcării electronului. Dacă B este mică, curbura căii este mică, iar toți electronii vor ajunge la anod (Fig. 3b).
Fig. 3. Dependența curentului anodic al magnetronului
amploarea inducției magnetice
Odată cu creșterea traiectoriei va fi îndoit mai mult și la o anumită „critică“ valoarea B = Bcr traiectoria electronilor ar fi tangenta la suprafața anodului (Fig. Sv). Când B> Bcr. curbura traiectoriei devine atât de mare încât scos de la catod, electronul va descrie o curbă, din nou se termină la catod (Fig. 3a). Viteza sa la momentul revenirii la catod este redusă la zero, după care electronul se va muta la anod. Deoarece, în acest caz nu electron ajunge la anod, anod curent Ia este zero.
Așa că, atunci când în<Вкр величина анодного тока не зависит от В. а при В>WRC curent anodic la toate opririle. Când B = Bcr. există o scădere bruscă (resetare) a curentului anod la zero (Fig. Sv). Cunoașterea SRS. Puteți găsi raportul e / m.
Formula de lucru Concluzie pentru calcularea taxei specifice unui electron
Presupunem că B = Bcr și deci tangenta traiectoria electronilor la suprafața anodului (Figura 2). Noi introducem coordonatele polare: raza vectorului r (r = OC) și unghiul vectorului raza de rotație # 966; în raport cu direcția verticală OA.
Electron vector viteza v poate fi descompus într-o componentă direcționată perpendicular pe raza, și o componentă direcționată de-a lungul razei. Noi credem că plecarea de la catod atunci când r = 0, VRA = v # 966; a = 0.
Atunci când traiectoria r = b electron tangent la anod. În consecință, VRB = 0, v # 966; b = vb. Pentru un punct de tangență la r = b poate fi scrisă în conformitate cu formula:
unde Ua - diferența de potențial între anod și catod.
Pentru a determina f / m a ecuației nu este suficient, pentru că valoare necunoscută. În conformitate cu a doua lege a dinamicii pentru mișcarea de rotație avem:
Momentul electronului în orice moment este:
Puterea momentului Fe nu creează, în calitate de linia acțiunii sale trece prin punctul O. Prin urmare, momentul forței care acționează asupra electronului, este dată numai de forța Fl (Figura 2).
Deoarece, în acest caz: Fl = evVkr (a se vedea formula (2) atunci .:
Fig. 3 care. Prin urmare:
Produsul poate fi scris ca:
Apoi, din ecuația (5) cu (6) și (9) obținem:
Această expresie reprezintă egalitatea derivatelor din cele două funcții. pentru că funcție ale căror instrumente derivate sunt, poate fi diferită numai printr-o constantă aditiv, se poate scrie:
Constantă C poate fi determinată de condițiile inițiale. Când r = 0. v # 966; = 0.
Apoi eVkr un 2 + C = 0. în cazul în care:
Substituind valoarea C, în (11), vom găsi relația v # 966; raza pentru fiecare punct al traiectoriei:
Ridicarea v # 966; b pătrat și înlocuind în (4), obținem:
Din această ecuație pătratică poate fi găsit e / m. Deoarece soluția este e / m = 0 nu ne interesează, găsim:
Instalarea (Fig. 4) este o supapă de tip tub 2TS2S 1, montat pe tabloul de bord terminalul de cleme 3, este conectat la panoul de lampă. Lampa este pus pe solenoid 4, care este o bobină multistrat 5 rană pe un cadru nemagnetic 6, terminalele 7 sunt utilizate pentru a alimenta solenoid.
Fig. 4. Setup Type Fig. 5. Schema de principiu a instalației
Diagrama de instalare electrică este dată în Fig. 5. Se compune din trei circuite electrice independente: circuitul de încălzire, și circuitul anodic al circuitului electromagnetic. Lampa sursă de alimentare este un redresor două kenotron. un circuit solenoid este alimentat de la un redresor de seleniu separat. Ra și reostat tensiune voltmetru anod Va este menținută. Curentul anod este măsurat milliammeter mA. Curentul în circuitul solenoidului determină mărimea câmpului magnetic este stabilit de reostat Rs2 ampermetru Ac.
1. Pentru a familiariza cu echipamentul și instalarea circuitului asamblat. Pentru a determina prețul fiecărei unități de diviziune.
2. Porniți sursa de alimentare.
3. Porniți (comutator basculant de „rețea“) surse de alimentare.
4. Se încălzește catod timp de 2-3 minute.
5. Mesaj UA1 tensiune anodică (UA2) conform tabelului menționat. 1 variantă de realizare a sursei de alimentare universală.
7. Scoateți caracteristicile construite în purjarii sub formă de grafice în mod necesar pe hârtie milimetrică.
O formă tipică a caracteristicilor purjarii externați prezentate în Fig. 6. Se poate observa că curba este format din cinci domenii specifice. O astfel de diferență din Fig. 3 datorită faptului că electronii sunt repartizate pe vitezele termice, așa.
În plus, lampa 2C 2C, utilizată în lucrare, nu formează un cilindru și capac. Cilindrul cu porțiunea de fund (fig. 7). De aceea, în afară de electroni „transversal“, adică se deplasează în planul transversal al magnetronului, există electroni longitudinal, adică se deplasează paralel cu axa, sau la un anumit unghi de la acesta (Fig. 7a).
Fig. 6. caracteristicile purjarii externați Type Fig. 7
Miscarea electronilor din magnetronului
Să considerăm fenomenul care corespunde diferitelor părți ale curbei (Figura 6):
1. O porțiune de accident vascular cerebral la B<Вкр объясняется тем, что электроны, вылетающие с торца катода, сильно закручивается полем (рис.7 б), т.к. радиус кривизны тем меньше, чем меньше поперечная скорость. В результате образуется пространственный заряд, ослабляющий поле вблизи торца катода и уменьшающий анодный ток в направлении донышка. С ростом В этот заряд должен расти и уменьшать ток Ua .
2. Atunci când în <Вкр . но близкой к ней, часть «поперечных» электронов, имеющих максимальные тепловые скорости, закручиваются настолько, что не попадает на анод (участок В ). Это и есть начало «сброса» (рис. 7в).
3. Cu toate acestea, odată cu creșterea acestor electroni cu creșterea în apropierea porțiunii cilindrice a catodului este format un spațiu încărcat, care se va deplasa electronii aproape de fața de capăt cu catod, spre partea de jos. Ca urmare a declinului curent devine mai puțin abruptă (partea C).
4. La un câmp B suficient de mare> Bcr anod va ajunge la doar electronii longitudinale emise de la capăt. Creșterea câmpurilor conduce la creșterea spațiului de încărcare aproape de final (a se vedea alin. 1) și o scădere treptată a curentului (secțiunea F evacuate caracteristicile purjarii, Fig. 7d).
5. Plot D este o porțiune de tranziție de la porțiunea C la F. Rolul esențial în calcul au prezentat, prin urmare, discuția bazată pe curent și partea D și F. În zona de tranziție de la zona C și D se datorează prezenței electronilor „reci“.
Prin urmare, intersecția prelungirilor porțiuni B și F (punctul O din fig. 6) corespunde încetarea contactului cu un anod pentru „lent“ transversal „electroni“, adică o astfel de viteză termică sunt aproape de zero (= O). Este această condiție ca bază pentru derivarea cu formula (15). De aceea Ic va întâlni Iskr curent pentru punctul O (fig. 7d).
Găsirea porțiunile de intersecție B și F. coborâtă perpendicular din punctul O pe abscisă și determinarea Iskr.
Inducția câmpului magnetic critic au formula:
Apoi, din formula (15) calcularea valorilor e / m și de a găsi valoarea lor aritmetică medie. Valoarea de eroare e / m determinată printr-o metodă generală, bazată pe formula (15). Valorile de precizie Ia, Ic. Ua luate în funcție de clasa de precizie a instrumentului. Parametrii 2TS2S și eroarea este prezentată mai jos: a = (0,095 ± 0,001) cm, a = (0,95 ± 0,01) cm K = (0,014 ± 0,001) T / a
1. Care este sarcina specifică a unui electron?
2. Care sunt metodele de măsurare a taxa specifică știi?
3. Ceea ce se numește un magnetron? Cum funcționează?
4. Care sunt forțele care acționează asupra unui electron în mișcare în magnetron și au îndreptat?
5. Care este câmpul magnetic critic?
7. Calculat formulă pentru determinarea încărcăturii specifice a electronului prin magnetron?
8. Cum explicați diferența caracteristicilor experimentale și teoretice de vina?
9. Care este tipul și gradul de măsurare electrice de precizie utilizate în acest studiu? Principiul de funcționare al instrumentului?
10. Care sunt motivele (în afară de erori de instrumentație) poate cauza erori în definiția?
1. fizică practică. „Energie electrică și optică.“ VI Iverova, "Știința", 1968, p. 321.
2. "energie electrică". SG Kalashnikov. "Știința", 1964, § 98, pp. 201-205.
3. Cursul fizicii. BM Jaworski et al., "Liceul", în 1964, t. II, ch. XVII, § 18,1, 18,8, 18,4, 18,5.
4. Curs de fizică generală. G.A.Zisman și OM Todes. M. "Știința", 1965, vol. II, Sec. VIII, §36, 37.