С.Г. Калашников - Электричество (1115533), страница 88
Текст из файла (страница 88)
Это поле создается либо катушками с током, либо электромагнитом, между полюсами которого помещается магнетрон. рассмотрим сначала плоский магнетрон, катод и анод которого ограничены плоскостями, параллельными между собой (рнс. 311). В этом случае в центральной части магнетрона электрическое поле Е однородно. Магнитное поле В, которое мы будем считать также однородным, направлено перпендикулярно к электрическому. 420 ДВИЖЕНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В ПОЛЯХ ГЛ ХУП Если бы магнитного поля не было, то электроны, вылетающие из катода практически без начальной скорости, двигались бы в электрическом поле вдоль прямых линий, перпендикулярных к катоду, и все попадали бы на анод.
При наличии магнитного поля траектории электронов искривляются силой Лоренца и имеют вид циклоиды, описываемой точкой, лежащей на окружности круга, равномерно катящегося вдоль катода в направлении, перпендикулярном к Е и В. Если магнитное поле достаточно велико, то траектории электронов не пересекают плоскости анода и имеют вид, изображенный на рис. 311. В этом случае ни один электрон не достигает анода.
юМ ~1~~~~"' Рис, 311. Движение электрона, вылетающего с катода с нулевой начальной скоростью, в плоском магнетроне В магнетроне траектории электронов уже не являются окружностями, как в случае отсутствия электрического поля 18 179), а изображаются линиями с меняющейся кривизной. Это происходит потому, что электрон при своем движении попадает на различные эквипотенцпэльные поверхности электрического поля, п поэтому модуль его скорости изменяется. Вследствие этого изменяется модуль силы Лоренца, а следовательно, и вызываемое ею искривление траектории, Из сказанного ясно, что для каждого данного напряжения У между катодом и анодом существует некоторое критическое значение магнитной индукции В„, при котором траектории электронов как раз касаются поверхности анода.
Если В ( В , то все электроны доходят до анода и ток через магнетрон имеет то же значение, что и без магнитного поля. Если же В > В„то ни один электрон не достигает анода и ток через лампу равен нулю. Расчет показывает, что это критическое значение индукции выражается формулой В.= ~, (182.1) 4ь/е/т где с1 — расстояние между катодом и анодом. Поэтому, измеряя 421 магнетгон 1 182 на опыте В„,начиная с которого запирается ток в магнетроне, можно определить удельный заряд электронов е/гп. Легко показать, что траектория электрона в плоском магнетроне есть циклоида (рис 311), Действительно, для нашего случая уравнения движения электрона принимают вид гл — = ео„В, тп — = еŠ— ео В.
оон огу де " ' А1 (182.2) Если электрон вылетел в начале координат (расположенном в плоскости катода) с нулевой начальной скоростью, то в качесгве начальных условий задачи имеем С=О; х=у=о; о, =и„=о. (182 3) Нетрудно убедиться непосредственной подстановкой,что решение уравнений движения, удовлетворяющее этим начальным условиям, есть х = оэ — рейли,й у = р(1 — совы,1), (182.4) что и представляет уравнение циклоидм в параметрической форме. Здесь ы, — циклотронная частота, онрелеляемая формулой (179.2а), а о и р равны соответственно о= Е/В, р= о/ы,.
Анод (182.5) При В = В„циклоцда касается анода, а следовательно, 2р = Ы. (182.8) Подставляя для р и о их значения (182.6), учитывая вы- В>В„ ражение (179.2а) для ы, и за- В ( Вк меняя Е иа У/д, получаем Комод для В соотношение (182.1), В=О приведенное выше. Па практике применяют цилиндрические магнетроны. Их анод представляет собой металлический цилиндр, а катод имеет также цилиндрическую форму Рис. 312 Пути электронов в цилинлрнчеси расположен на осн ком магнетроне анода.
Пути электронов в цилиндрическом магнетроне имеют более сложную форму; опи изображены на рис. 312. Соответствующий расчет показывает, что критическое значение магнитной индукции в цилиндрическом магнетроне определяется выражением 2~/2 А/Г 1/е/гп В(1 — о /б ) где а — радиус катода, Ь вЂ” радиус анода. Отметим так жс, что ° значение В„пе изменяется под действием пространственного за- 422 ДВИЖЕНИЕ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В ПОЛЯХ ГЛ Хип ряда и имеет одно и то же значение как в режиме тока насыщения, так и в режиме пространственного заряда. Подобные измерения приводят к тем же значениям е/т для термоэлектронов, что и найденные по методу магнитной фокусировки (3 181), а также другими способами.
Отметим, что магнетроны представляют интерес не только для определения удельного заряда электронов. Магнетроны (правда, несколько измененного устройства) используют для генерации мощных электрических колебаний высокой частоты, и поэтому они играют выдающуюся роль в современной радиотехнике сверхвысоких частот. $ 183. Определение удельного заряда Д-частиц Многие вещества, называемые радиоактивными, самопроизвольно испускааот из недр своих атомов (атомных ядер) различные излучения. Еще в конце Х1Х в.
было установлено, что среди радиоактивных излучений имеются так называемые 9-частицы, представляющие собой поток г отрицательно заряженных частиц, движущихся с большой скоростью. Изучение отклонеьг ния ф-частиц в электрических и магнитных полях позволило ! окончательно установить их ,о природу. е —.ь $ г~ ф Схема одного из таких опытов показана на рис.
313: ~9-частицы, испускаемые радиоактивным препаратом РП, Рис. 313. Определение удельного за- движутся в вакууме в узряда д-частиц ком зазоре между пластинами плоского конденсатора и попадают на фотографическую пластинку Ф. Весь прибор помещается в сильное магнитное поле, перпендикулярное к направлению электрического поля и к направлению движения частиц. Частицы, движущиеся между пластинами конденсатора, находятся под действием электрического и магнитного полей. Сила, действующая на частицу в электрическом поле конденсатора, есть еЕ, а сила, вызываемая магнитным полем, равна — евВ. Чтобы частица могла пройти через конденсатор, она не должна отклоняться, а значит, полная сила, действующая на частицу, должна равняться нулю. Отсюда находим и = Е(В. (183.1) 1 1эз ОЦРеделение удельнОГО ЗАРядА д-чАстиц 423 Частицы же, имеющие другие скорости, попадают на пластины и выбывают из пучка, так что за конденсатором получается пучок 13-частиц с одинаковой скоростью.
За пределами конденсатора на пучок действует только магнитное поле,и пучок изгибается по окружности. Радиус этой окружности определяется формулой (179.1) или, если выразить и через Е и В, Я т= (183.2) Если изменить направления обоих полей Е и Н на противоположные, то пучок будет искривлен в другую сторону. Радиус окружности т можно определить, измеряя смещение пучка г1 на фотопластинке и зная расстояние х1 от края конденсатора до пластинки.
Действительно, пусть начало координатных осей Х, л находится в точке О (рис 313). Тогда уравнение круговой траектории частиц есть (з — г) +х =г . Полагая х = х1, г = г1 н выражая из этой формулы т, имеем г = (х~~+ Е~З)/2Е1. (183.3) Таким образом, зная В и В, а также расстояние х1 до фотопластинки и измеряя отклонение пучка е1, можно найти е/пь Применяя в качестве источника Д-частиц различные радиоактивные препараты, можно получать разные скорости фчастиц. Эти скорости очень велики (близки к скорости света). Оказалось, что значения е)тп для ф-частиц, обладающих разными скоростями, не одинаковы и тем меньше, чем больше скорость частиц (табл.
14). Таблица 14 В настоящее время нет никаких оснований считать, что заряд частицы может зависеть от скорости ее движения. С другой стороны, согласно теории относительности, масса всякого движущегося тела должна зависеть от скорости тела, причем эта зависимость выражается формулой т= (183.4) Здесь гп — масса, определяемая наблюдателем, относительно которого тело имеет скорость и, тпо — масса покоя, т.с. масса 424 движение 3АРяженных чАГтиц в пОлях гл ху1! того же тела, покоящегося относительно наблюдателя Поэтому с точки зрения теории относительности для разных 9-частиц, движущихся с разными скоростями, постоянной должна оставаться не измеренная величина е/т, а величина е/то, т.е.
удельный заряд для покоящихся частиц, равный (183.5) Результаты опытов хоро1по подтвердили это заключение. В вышеприведенной таблице даны значения е/то, полученные по формуле (183.5) из измеренных значений е/т. Как видно из таблицы, отношение е/гпо действительно остается постоянным и не зависит от скорости частиц Поэтому описанные опыты являются одним из прямых экспериментальных подтверждений вывода теории относительности о зависимости массы от скорости. К этому вопросу мы вернемся сщс в гл.
ХХШ. Значение е/гпо для 19-частиц показало, что они представляют собой поток электронов, движущихся со скоростями, близкими к скорости света. 8 184. Результаты измерений удельного заряда электронов Помимо методов, рассмотренных выше, имеются и другие способы определения удельного заряда электронов Однако мы ограничимся приведенными примерами и остановимся на основных результатах. Прежде всего отметим, что опыты по измерению е/гп заряженных частиц привели к открытию самого существования электронов. А именно, Дж.Дж. Томсон в 1897 г., исследуя отклонение в электрических и магнитных полях отрицательно заряженных частиц, исходящих из катода в тлеющем разряде (катодных лучей), получил впервые совершенно неожиданные в то время результаты.
Оказалось, что отношение е/т в катодных лучах вовсе не зависит от природы газа в разрядной трубке. Оно не зависит также от материала катода и давления газа. Но самое удивительное заключалось в том, что значение е/т для частиц катодных лучей оказалось намного больше, нежели это отношение для самого легкого иона водорода, которое было найдено из опытов с электролизом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
