Лабораторна робота № 20

Визначення питомого заряду електрона методом магнетрона.

Мета роботи: визначення питомого заряду електрона за допомогою вивчення його руху у взаємно перпендикулярних електричному і магнітному полях.

Прилади: вакуумний діод з циліндричним анодом; соленоїд; мікроамперметр; вольтметр; джерело струму типу УИП-2.

Перед виконанням цієї роботи, необхідно вивчити теоретичний матеріал з розділу 5.8.

Теоретичні відомості.

Метод визначення , що використовується уданій роботі, отримав назву методу магнетрона. Походження такої назви пов'язане з електровакуумним приладом — магнетроном, що служить для генерування електромагнітних хвиль НВЧ-діапазону. Конфігурація магнітного й електричного полів, що використовується в даному методі і в магнетроні є однакова. Електрони, які випромінює нагрітий катод вакуумного діода, рухаються в кільцевому просторі, між катодом і анодом (коаксіальними циліндричними електродами). Завдяки такій формі і розташуванню електродів, електричне поле Е в міжелектродному проміжку напрямлене вздовж радіусу від анода до катода. Сам вакуумний діод вміщений у середину соленоїда так, що індукція магнітного поля соленоїда напрямлена паралельно до осі катода, тобто перпендикулярно до електричного поля. Електричне поле прискорює електрони в просторі між електродами, а магнітне поле викривляє їхню траєкторію. Більш детально з теорією руху електрона в еклектичному і магнітному полях магнетрона можна познайомитись у розділі 5.8.

Опис експерименту

Усіі прилади стаціонарно змонтовані на вертикальному щиті. Електричні з'єднання розташовані на задній стороні щита. На передній стороні щита закріплені вимірювальні прилади і соленоїд з вміщеною в середині електронною лампою 6Е5С. Крім цього на передню панель щита виведені клеми для підведення анодної напруги U _a, напруги розжарення (нагріву) U _р і напруги живлення соленоїда U _с. Схема живиться від блоків живлення типу УИП-2 або УИП-1.

Електрична схема для проведення досліджень показана на рис.5.16.

а) Електрична схема підключення електронно-оптичного індикатора 6Е5С. Вольтметр V використовується для вимірювання анодної напруги. Міліамперметр mA служить для вимірювання анодного струму І _а лампи.

б) Електрична схема підключення соленоїда. L - соленоїд. mA - міліамперметр для вимірювання струму соленоїда І _с.

Порядок виконання роботи.

1. Перед початком роботи необхідно повернути ручки регуляторів напруг на виходах 20 - 300 В блоків живлення УИП в крайнє ліве положення.

2. Для подачі анодної напруги і напруги живлення соленоїда, необхідно з'єднати провідниками клеми 20 - 300 В на виходах блоків живлення УИП з клемами U _a i U _с (соленоїд), розміщеними на вертикальному щиті.

3. Для подачі напруги розжарення лампи необхідно з'єднати клеми 6, 3В УИП з клемами U _р на щиті установки.

4. Ввімкнути блоки живлення УИП в електричну мережу і дати їм прогрітися протягом 5 хвилин.

5. Повертаючи ручку регулятора анодної напруги, встановити початкову анодну напругу = 40 В. Записати значення U_a в таблицю 1.

6. Ручкою регулятора виходу 20-300 В збільшувати струм соленоїда з інтервалом 10 mA і одночасно слідкувати за силою анодного струму І _а. Збільшуючи струм соленоїда до досягнення критичного режиму записати значення І _а і І _с в таблицю 1.

7. Збільшуючи значення анодної напруги з інтервалом 10В від U_a = 40В до U_a = 80В, при кожному черговому значенні U_a повторити вимірювання, вказані в

п.6. Результати записати в таблицю 1.

Опрацювання результатів вимірювань.

1. За даними табл.1 побудувати для різноманітних U _a графіки залежності що називаються скидними характеристиками. Оскільки в електронів, що вилітають із катода, є деяка початкова швидкість і існує розкид електронів за величиною цієї швидкості, то скидна характеристика не буде спадати так різко, як це випливає з викладеної раніше теорії і як це зображено на рис.5.16 пунктирною лінією. Тому критичні умови будуть досягатися для різних електронів при різних значеннях струму соленоїда I _с, що призведе до більш плавного спаду скидної характеристики (суцільна крива на рис.5.17). Ця, а також інші причини (наприклад, некоаксіальність катоду й аноду), призводять до додаткового згладжування скидної характеристики, що затрудняє точне визначення I _кр.

2. За побудованими залежностями знайти критичні значення струму соленоїда I_кр, що дорівнюють силі струму соленоїда I _с у точці найбільшої крутизни спаду скидної характеристики. Знайдені значення I _кр і відповідні значення U _а занести в табл. 2.

Uа, B	, mА	kU

Таблиця 2.

3. Розрахувати і занести в табл.2 величини kU і I . Значення r _а і n

4. За даними табл. 2 побудувати графік залежності kU від I , що повинний являти собою пряму лінію (рис.5.18), по обидві сторони від якої симетрично розташовуються експериментальні точки. Тангенс кута нахилу цієї прямої визначає величину питомого заряду електрона .

Рис. 5.18

5. Порівняти отримане значення з табличним значенням для електрона і визначити відносну похибку вимірів.