Физика ч.1. Лабораторная работа №2 вар.№5

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

 Краткие теоретические сведения.
Магнетроном называется электровакуумное устройство, в котором движение электронов происходит во взаимно перпендикулярных электрическом и магнитном полях
Схематическое изображение устройства магнетрона (продольное сечение) представлено на Рис.1. При этом силовые линии электрического поля имеют радиальное направление, а линии индукции магнитного поля совпадают с осью электродов. На Рис. 2 показано поперечное сечение радиолампы с указанием направлений векторов магнитной индукции B ⃗ и напряженности электрического поля E ⃗. При нагревании катода лампы с его поверхности начинают вылетать электроны. Это явление называется термоэлектронной эмиссией. Эмитированные электроны движутся к аноду во взаимно-перпендикулярных электрическом и магнитном полях (Рис.2).

Рис. 1 Схематическое изображение устройства магнетрона (продольное сечение)  Рис. 2 Поперечное сечение радиолампы

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 ⃗=-eE ⃗-e[υ ⃗B ⃗] (1)
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.
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.
В электрическом поле на электрон действует сила Кулона F ̅=-eE ̅, вынуждающая его двигаться с ускорением в направлении, противоположном вектору E ⃗. Эта сила совершает работу, которая идет на изменение кинетической энергии электрона. Скорость электронов вблизи анода может быть найдена с помощью закона сохранения энергии (2):
A_эл=W_кин или eU_a=(mυ^2)/2 (2)
В магнитном поле сила Лоренца действует лишь на движущийся электрон: F ̅=-e[v ̅•B ̅], и направлена перпендикулярно скорости электрона. Эта сила не совершает механической работы над электроном, а только

год 2020, оценка зачет