Determinarea sarcinii electrice specifice de magnetron
Introducere. taxa specifică a electronului este raportul dintre sarcina electronului la masa - e / m. Această cantitate poate fi determinată prin diferite tehnici experimentale, inclusiv „metoda magnetron.“ Baza acestei metode este ideea de a folosi un tub cu vid doi electrozi (diode) cu aceeași configurație a câmpului electric și magnetic în magnetron - dispozitivele electronice sunt utilizate pe scară largă ca un generator de unde electromagnetice de frecvență ultraînaltă.
Miscarea electronilor din dioda are loc în spațiul inelar cuprins între electrozi cilindrice coaxiale - anod și catod. Lungimea electrozilor substanțial mai mare decât distanța între acestea. În orice moment, în acest spațiu un câmp electric E direcționat de-a lungul axei raza cilindrului. Câmpul magnetic produs de un solenoid care înconjoară dioda. Inducției câmpului magnetic B dirijat de-a lungul axei de diode. Astfel, electronul se află în câmpurile încrucișate (ca în magnetron!) Și mișcarea sa specifică este determinată și valoarea ortogonalitatea acestor domenii. Viteza inițială a electronilor la ieșirea din catod se va presupune a fi zero.
P
Luați în considerare calea de electroni care se deplasează sub influența acestor domenii. În acest caz, este convenabil pentru a profita de cilindric sistem în care poziția electronului va descrie o distanță r de axa cilindrului de coordonate. unghiul si offset de-a lungul axei z (Fig.1).
Prin forța câmpului electric care acționează asupra unui electron
Câmpul electric în orice punct dintre cilindri coaxiali de raze coincide cu proiecția acestei direcții este
unde U - diferența de potențial dintre anod și catod (tensiune anod),
r - distanța de la axa la un punct N arbitrar în regiunea de descărcare.
Ecuația (1), proiectat pe axa de coordonate
Din actele campului magnetic asupra electronului Lorentz forței Fm
în care proiecțiile pot fi scrise (luând în considerare semnul de încărcare):
Astfel, forța nici electrică, nici magnetică nu are o componentă de-a lungul axei z. prin urmare, mișcarea electronilor de-a lungul axei cilindrului va fi uniformă. Mișcarea în planul (r, ) descriu ecuația momentelor în raport cu axa z.
în care Jz - momentul de inerție în raport cu axa z de electroni. care este egal cu MR2.
Mz - suma momentelor tuturor forțelor care acționează asupra electronului, în proiecția pe axa z.
Substituind valorile tuturor variabilelor din formula (8), obținem următoarea ecuație diferențială:
Integrarea ecuației (10), obținem soluția
unde C - constanta de integrare, care ar trebui să fie determinată de condițiile limită. La începutul mișcării de coordonate r este raza rk a catodului. Viteza de electroni care părăsesc catod este egal cu zero: v = 0 și = 0.
În acest caz, din ecuația (11) se obține ca electronul în planul (r, ) se deplasează cu o viteză unghiulară
Să considerăm acum mișcarea radială a electronului așa cum se mișcă într-un câmp electric spre anod. Atunci când se deplasează un electron de la catod (ia potențialul său de la zero) la punctul N la potențial V câmp electric produce lucru mecanic
Aici și mai jos, modulul este omis semnul sarcina electronului, deci prin e se referă numai la valoarea numerică. Câmpul magnetic nu produce lucru, deoarece între forța Lorentz și unghiul de deplasare este .
O lucrare a câmpului electric crește energia cinetică a electronului la / 2 MV2 (viteza de electroni inițial neglijate!):
Substituind componente ale vitezei de electroni cu formulele (7) și (12) în (14) se obține următoarea ecuație:
Aceasta este ecuația de mișcare a electronului. Luați în considerare posibila calea de mișcare la un anod de tensiune U (potențial catodic este zero, tensiunea Va este numeric potențial egal), dar diferit de inducție B.
1. În absența unui câmp magnetic al traiectoriei de electroni este rectilinie și este direcționat de-a lungul o rază de K catod la anod A (figura 2).
2.When prezența unui câmp magnetic slab la traiectoria electronilor este curbată oarecum, dar electronul ajunge la anod.
3. La o anumită valoare a traiectoriei câmpului magnetic este curbat, astfel încât doar atinge suprafața anodului. Noi numim această valoare de inducție câmp magnetic BKP critic.
4.Nakonets la BBkp de electroni nu intră pe anod, acesta este returnat de-a lungul unui traseu curbat spre catod.
BKP cantitate poate fi găsită din ecuația (15), ținând seama de faptul că în apropierea anodului când r = ra. Viteza radială a electronilor dispare
În condițiile noastre, raportul (rk / ra) 2 = (0,5 / 10) 2 0,01, deci poate fi neglijată în comparație cu 1 și această expresie poate fi scrisă sub forma:
din care este determinat prin inducerea valorii critice.
Variabilele de la U este o ecuație liniară cu o pantă
Dacă eliminați dependența experimentală a tensiunii anodice U și se trasează un grafic al acestei relații, este posibil să se determine programul de panta
Echivalând expresiile (18) și (19), se obține următoarea ecuație care cuprinde e / m dorit:
Această relație (20) este utilizată pentru a determina încărcătura specifică a unui electron în acest laborator. Rămâne să pună în aplicare scenariul scris în experimentul de mai sus.
D
acum sa presupus că toți electronii părăsesc catod, cu o viteză inițială zero. În acest caz, BBkp au lovit anod, iar la BBkp toate a revenit la catod, înainte de a ajunge la anod. Anodul curent Ia lampa electronic cu creșterea câmpului magnetic se va schimba în timp așa cum se arată în Fig.3 printr-o linie punctată. De fapt, electronii emiși de catod încălzit au diferite viteze inițiale. Prin urmare, starea critică pentru ei are loc la diferite valori ale inducției B. Diagrama Ia de la B - caracteristica așa-numitul efluent - capătă o formă diferită (linia solidă în Figura 3).
Există și alte cauze, ceea ce duce la o uniformizare a caracteristicilor purjarii, de exemplu, deversat condiție defectarea catod coaxial strict și anod al solenoidului, neomogenitatea câmp magnetic în interiorul magnetronului, efecte de margine, etc. În acest caz, valoarea critică a valorii acceptată inducție BKP la punctul de inflexiune (punctul de pantă maximă) caracteristicile purjarii evacuate.
Instalare Descriere. În această lucrare ca „magnetron“ folosit tub cu vid - o 1TS11P dioda cu vid. raza anodului ra = 10 mm, rk catod = 0,50 mm. Lampa este plasat în centrul bobinei, unde câmpul magnetic este mai omogen. Diagrama schematică a instalației prezentată în figura 4. Poate fi alocate trei părți: un circuit de încălzire a lămpii (1), circuitul de anod (2) și circuitul solenoid (3).
circuit de încălzire cu catod cuprinde: o sursă de curent IP1, ampermetru A1. RH rezistență variabilă pentru reglarea curentului filamentului. În această lucrare, o sursă de energie B5-71, care conține toate aceste elemente.
Circuitul anod constă dintr-o sursă de curent IP2, potențiometru Ra. permite schimbarea lin tensiunea de anod, voltmetrul V (aceste elemente sunt incluse in sursa B5-48 DC) și milliammeter mA (SCH4313 multimetru) măsurarea curentului anod Ia.
Circuitul electrovalvei este conținut IP3 sursă de curent reostat pentru a controla ampermetru de curent al solenoidului A2 R. (B5-50 include o sursă de alimentare în curent continuu).
tub de vid 1TS11P și o bobină din jurul montat pe un panouri comune de laborator.
Măsurarea. instalație de laborator 1.Privedite la poziția inițială:
toate comutatorul de alimentare setat la „OFF“;
SP la sursa de alimentare 1 (B5-50) set: V - 160 V, mA - 10 mA;
pe IP sursa de alimentare 2 (B5-48) set: V - 5, A - 1,11A;
pe sursa de alimentare, SP 3 (B5-71), set:
mâner U - spre stânga (în sens antiorar)
mâner I - la dreapta extrema,
comutator V / A - A în poziția de scor a fost amperajul evidențiate),
Comutator VNUTR.-EXT. - în poziția activă.
pe multimetru SCH4313 click și se lasă atunci când butonul retractată A și butonul 2 mA. pregătind astfel dispozitivul pentru măsurarea curentului la 2 mA; Lăsați celelalte butoane în poziția în sus.
2.Soberite circuitul electric al schemei bloc (Figura 5) și cere profesorului de a verifica dacă totul se face corect.
3.Vklyuchite sursă de curent de încălzire PS1 U Resetarea mânerului și indicatorul curent IH = 0.20 A.
4.Cherez 2-3 minute (timpul necesar pentru încălzirea catodului) includ o sursă de tensiune placă IP2 (B5-48) și sursa de alimentare metru IP3 solenoid (B5-50).
5. Scoateți caracteristicile purjarii ale magnetron. În acest scop, curentul crește electrovalve de la 10 mA la 90 mA, 10 mA, îndepărtați citirile contoarelor, măsurarea curentului anod Ia al lămpii. Se înregistrează rezultatele în tabelul 1.
6.Takim același mod alternativ elimina caracteristicile efluentului cu un anod de tensiune 10B, 15B, 20B, 25B, 30B, stabilind-o la sursa IP2 (B5-48).
Prelucrarea rezultatelor măsurătorilor. 1.Postroyte o familie comprimat de caracteristici de defect. Aceste grafice prudente pentru a construi în coordonatele Ia Ic. în loc de inducție, așa cum se arată în Fig.3.
3.Postroyte B2kp program în funcție de U. tensiune anodică
4.Naydite B2kpU coeficient unghiular al liniei drepte și obținută din formula (20) pentru a determina încărcătura specifică a electronului e / m.
taxa de electroni 5.Udelny poate fi găsit în mod direct din formula (17) utilizând aceleași date din tabelul 2. Faceți acest lucru și vei primi șase valori independente de e / m. Aceasta se calculează valoarea medie e / m și jumătate lățimea de interval de încredere e / m Formula Student. Notați rezultatul în formularul standard:
6.Sravnite valoare taxa specifică obținută cu tabelul. Analizeaza posibilele surse de eroare.
1.Elektron este situat la un punct arbitrar al diodei spațiul inter-electrod. Desenați forțele care acționează pe ea.
detaliu 3.Rassmotrite esența metodei de determinare a taxei specifice a electronului.
4. Cum se mută un electron în câmpuri încrucișate, în cazul în care electrozii - plăci plane?
5. De ce curent lampa de anod este redus la zero, în cazul în care câmpul magnetic al solenoidului este ușor mai mare decât valoarea așa-numita critică?
6.Kakovo pentru a crea o presiune a gazului rezidual din diode, presupunând o temperatură de aproximativ 400 K?
1.Kalashnikov SG Electricitate. M. Nauka, 1977. §182.
2.Rukovodstvo la munca de laborator în fizică. / Ed. L.L.Goldina. Nauka, Moscova, 1983. S.273.
4.Artsimovich LA Lukianov SB Mișcarea particulelor încărcate în câmpuri electrice și magnetice. M. Nauka, 1978.