Описание лабораторной установки. Реальная лабораторная установка состоит из измерительного блока 6 и источника питания 7 (рисунок 12)

Реальная лабораторная установка состоит из измерительного блока 6 и источника питания 7 (рисунок 12). Основным элементом установки служит магнетрон, представляющий собой вакуумный диод 1, помещённый внутрь соленоида 2. Конструктивно анод диода имеет форму цилиндра, вдоль оси которого расположена нить накала, являющаяся катодом. Цифровой амперметр 3 измеряет ток в цепи соленоида, а цифровой миллиамперметр 4 – анодный ток магнетрона. Панель переключателей 5 позволяет подключать цепи питания соленоида, накала и анодного питания магнетрона. Анодное напряжение регулируется потенциометром 10 и измеряется аналоговым вольтметром 8, встроенными

Рисунок 12. Внешний вид лабораторной установки

в источник питания лабораторной установки. Регулировка тока в цепи соленоида достигается реостатом 9.

Рисунок 13. Схема лабораторной установки

Схема лабораторной установки представлена на рисунке 13. Цепь соленоида L₁ питается от источника напряжения U_c через ключ S₁. Реостат R₁ позволяет изменять ток соленоида, тем самым изменяя величину индукции магнитного поля внутри магнетрона. Амперметр PA₁ измеряет ток в цепи соленоида. Анодная цепь вакуумного диода VL₁ питается от источника напряжения U_a через ключ S₂. Потенциометр R₂ позволяет регулировать анодное напряжение магнетрона, а вольтметр PV₁ – измерять его. Анодный ток измеряется миллиамперметром PA₂. Накал катода питается от отдельного источника напряжения U_н через ключ S₃.

При подаче анодного напряжения от источника U_a между катодом и анодом вакуумного диода создаётся электрическое поле. Это поле ускоряет электроны, эмитированные катодом, и направляет их к аноду, в результате чего создаётся анодный ток.

При подаче на соленоид напряжения от источника U_c внутри магнетрона создаётся магнитное поле, которое искривляет траектории движения электронов. При некотором значении тока

соленоида электроны описывают окружности с диаметром, меньшим радиуса анода (рисунок 8в, г). При этом анодный ток прекращается. Соответствующее значение тока соленоида и будет его критическим током.

Рисунок 14. Первое окно программы-симулятора. Снятие зависимости анодного тока от тока соленоида (слева)

Рисунок 15. Предупреждение программы о неполном заполнении таблицы измерений (справа)

Виртуальная лабораторная установка является программным симулятором реального лабораторного оборудования и позволяет смоделировать на персональном компьютере поведение настоящего магнетрона и получить значения измеряемых физических величин, находящиеся в соответствии с реальным экспериментом.

Запустить программу можно отсюда, либо найти ссылку на неё в учебном курсе. Также можно воспользоваться презентацией, рассказывающей о работе с программой, и просмотреть небольшой видеоурок.

Рисунок 16. Окно построения графика экспериментальной зависимости

Интерфейс программы-симулятора состоит из четырёх окон. Первое из них предназначено для снятия зависимости анодного тока вакуумного диода магнетрона от тока создающего магнитное поле соленоида. Переход ко второму окну производится по кнопке «Построить график» только после завершения снятия указанной зависимости. Если таблица измерений заполнена не полностью, то выдаётся соответствующее предупреждение (рисунок 15). В этом случае необходимо сделать измерения при пропущенных значениях тока соленоида. Когда вся таблица измерений заполнена, во втором окне программы-симулятора автоматически будет построен график исследуемой зависимости (рисунок 16). Теперь нужно выполнить дифференцирование построенной зависимости по току соленоида. При нажатии большой кнопки «Построить график зависимости dI_a/dI_c по I_c» это также делается автоматически в третьем окне программы (рисунок 17).

Рисунок 17. График производной анодного тока по току соленоида

Одновременно с выводом этого графика открывается последнее окно программы, позволяющее вычислить искомую величину – удельный заряд электрона (рисунок 18). При неправильном заполнении какого-либо чёрного поля в правой части окна будет выдано предупреждение, пример которого приведён на рисунке 19.

Рисунок 18. Окно расчёта удельного заряда электрона (слева)

Рисунок 19. Пример предупреждения о неверно введённом значении измеренной величины (справа).