Практикум на тему электричества (1115549), страница 8
Текст из файла (страница 8)
К о н т р о л ь н ы е в о и р о с ы 1. От каких величин зависит электрическое сопротивление проводника? 2. Укажите форыулу для расчета сопротивления по размерам проводника. 47 3. От каких величин зависит удельное сопротивление проводника? 4. Назовите методы измерений сопротивления проводника. 5.
Запишите формулы для определения сопротивления проводника в техническом методе. Какие величины измеряют в этом методе? б. Что лежит в основе работы цифрового мультиметра (омметра)? 7. Укажите режим работы цифрового мультиметра при измерении сопротивления. 8. Запишите условия равновесия для моста Уитстона. 9. По какой формуле определяют сопротивление при измерении мостом? 10.Как оценивают погрешности измерений, выполняемых в работе? 11.Какие из используемых в работе методов являются более точными, а какие — приближенными? Литература 1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики.
— М.. Высшая школа, 1989.— ~19.1. 2. Калашников С.Г. Электричество. — М.: Наука, 1977. — Я 57 — 59. Работа М б ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА ЦЕЛЬ: ознакомиться с одним из методов определения удельного заряда частицы и определить удельный заряд электрона. ОБОРУДОВАНИЕ: регулируемый источник постоянного напряжения, стабилизированные источники постоянного напряжения, миниблок «Магнетрон», мультиметры. В в е д е н и е Явления электронной эмиссии и разряда в газе позволяют получать потоки электронов и ионов, движущихся в вакууме практически без соударений.
Электрические и магнитные поля, воздействуя на движущиеся заряженные частицы, юменяют их скорость и траекторию. В электрическом поле напряженности Е на частицу, обладающую зарядом Д, действует сила Р,. = ЯЕ. (1) В магнитном поле на движущуюся заряженную частицу действует сила Лоренца Г. = Д~~,В~, (2) где 1 — скорость движения частицы;  — вектор магнитной индукции. Уравнение движения частицы в пространстве, где имеются и электрическое, и магнитное поля, согласно второму закону Ньютона имеет следующий вид: — = — (Е+ [и,В$. (3) Это уравнение показывает, что движение заряженной частицы в силовых полях зависит от отношения —, которое называется удельным зарядом данной частицы. У Следовательно, изучая движение различных заряженных частиц в электрическом и магнитном полях, можно определить удельный заряд частицы и тем самым получить сведения о природе частиц.
Удельный заряд электрона можно определить различными методами. Наиболее распространенными из них являются метод магнитной фокусировки и метод магнетрона. М е т о д и з м е р е н и й В данной работе для определения удельного заряда электрона используют метод магнетрона. Мигнетрон — это двухэлектродная электронная лампа (диод), в которой управление током осуществляют внешним магнитным полем. Это поле создается соленоидом, внутри которого расположена лампа. Накаливаемый катод и 49 холодный анод лампы имеют форму коаксиальных (соосных) цилиндров (см. рис.
1). В Линии электрического поля Е внутри магнетрона на- 1'1 ,' 1 правлены радиально от анода к катоду, а постоянное магнит! ное поле В направлено вдоль оси катода. Таким образом, :Р'; ,. 'й):Р' магнитное и электрическое поля взаимно перпендикулярны. Напряженность поля Е максимальна у катода. В случае, если А катод имеет форму тонкой нити, величина Е, пропорциональная 1~'г, быстро уменьшается с ростом расстояния г от катода. Поэтому изменение скорости электронов до значения, равного А ~, происходит, в основном, вблизи катода„а при дальнейшем движении можно считать скорость практически постоянной. ,ОВ Электрон, ускоренный разностью потенциалов У, Е приобрел кинетическую энергию т~ 12=еУ Рис.
1. Лампа и имеет скорость и= /2Ге1и. (4) В отсутствие магнитного поля электроны, эмитированные катодом, движутся под действием электрического поля Е прямолинейно в радиальных направлениях. При этом в анодной цепи протекает ток, величина которого зависит от анод- ного напряжения и тока накала катода. При помещении лампы в магнитное поле В на движущиеся электроны действует сила Лоренца. Она перпендикулярна линиям В, т.е.
лежит в одной плоскости с вектором скорости электрона ~, нормальна ему и сообщает частице центростремительное ускорение. Согласно второму закону Ньютона еуВ = щу,Я. (5) Таким образом, электрон в магнетроне будет двигаться по окружности, радиус которой В = ич/еВ (6) уменьшается с ростом индукции магнитного поля. На рис. 2 показано, как изменяются траектории движения электрона в цилиндрическом магнетроне по мере увеличения магнитной индукции. Существует критическое значе- ние магнитной индукции В„ при .Р котором, как показано на рис. 2, траектории электронов касаются поверхности анода, а их радиус В = г12, Рис.
2. Траектория движения электрон при увеличении магнитной индукции где г — радиус анода. Согласно соотношениям (4) и (б) значение В, зависит от скорости электрона ч и соответст- 50 Крутизну кривой 1,=Я1) показывает отношение приращений анодного И. „И„ тока и тока в соленоцде — '. При этом максимум кривой —" = г (1) (рис. 46) М М соответствует искомому значению 1„,. л1, Л1 Рис. 4. Определение критикр ческого тока а) О п и с а н и е у с т а н о в к и Для определения удельного заряда электрона методом магнетрона собирают электрическую цепь, схема которой приведена на рис.
5, монтажная схема— на рис, б. Рис. 5. Электрическая схема: 1 — источник постоянного напряжения «+15 В»„2 — мультиметр для измерения анод- ного тока (релсим А.—.. 2 тА, входы СОМ иА); 3 — вакуумный диод; 4 — соленоид; 5 — мультиметр для измерения тока соленоида (режим А.—.. 200 тА, входы СОЛА, А); б — регулируемый источник постоянного напряжения «О...+15 В»; 7 — напряжение накала катода У„; 8 — миниблок «Магнетрон» Вакуумный диод 3 подключают к источнику постоянного напряжения «+15 В». Анодный ток лампы 1„измеряют цифровым мультиметром 2.
Напряжение У„на нить накала лампы подают от источника постоянного напряжения «-15 В». Диод установлен внутри соленоида так, что ось анода лампы совпадает с осью соленоида. Соленоид 4 создает магнитное поле, индукцию которого регулируют путем изменения тока1 в обмотке с помощью кнопок установки напряжения <с0...15 В» (поз.
14, рис. 1, стр. 6). Ток в обмотке соленоида измеряют мультиметром 5. П о р я д о к в ы п о л н е н и я р а б о т ы Выполнение измерений 1. Соберите электрическую цепь по монтажной схеме, представленной на рис, б. 2. Включите кнопкой «Сеть» питание блока генераторов напряжений.
На- жмите кнопку с<Исходная установка» (поз. 19, см. рис, 1 на стр. 6). Рис. б. Монтажная схема: 2, 5, 3 — см. рис. 5 Таблица 3. Кнопками установки напряжения «0...15 В» (поз.14, рис. 1, стр, б) установите ток У = 90 мА в обмотке соленоида и измерьте по мультиметру 2 получснныс значсния анодного тока Е,.
результаты (значсния токов Х и 1,) за- пишите в таблицу. Проведите аналогичные измерения увеличивая ток на = 2,5 мА до 200мА. 3. Выключите кнопками «Сеть» питание блока генераторов напряжения и блока мультиметров. Обработки ре-ультатов намерений 1. Найдите изменение (убыль) анодного тока М, =1. — 1, и тока в соленои- Ы.
де М = 1, — 1„,. Вычислите величину —. Результаты запишите в табли- цу. 2. Постройте на одном листе (на одном поле графика, см рис. 4) две зависи- М, мости1, у'(1) и — '= г'(1). Ы 3. Определите значение критического тока 1„в обмотке соленоида по по- „М, ложению максимума на графике производной — '= 1'(1) . М е 4. По формуле (11) вычислите величину удельного заряда электрона —. 5. Сравните полученное значение с табличным (согласно справочным дане 11 ным — = 1,758804710 Кл/кг) и оцените относительную погрешность результата измерений по формуле , (Ю. ®....„„ Ю. 6 В выводе сделайте анализ использованного метода определения удельного заряда электрона: укажите возможные источники систематических и случайных погрешностей, пути их устранения или снижения.
К о н т р о л ь н ы е в о п р о с ы 1. Запишите формулы для сил Г,. и Р., действующих на заряженную частицу в электрическом и магнитном полях. 2. Какие параметры (скорость и, и, ускорения а, а„, а„радиус кривизны траектории) изменяются при движении заряженной частицы: а) под некоторым углом к силовой линии электростатического поля, б) под действием силы Лоренца? 3.
Какие уравнения необходимо использовать для определения: а) скорости заряженной частицы, приобретенной в электрическом поле, б) радиуса кривизны траектории электрона в магнитном поле? 54 4. Покажите на рисунке направление сил .Г„и 7,, действующих в магнетроне на электрон, движущийся от катода к аноду. 5.
Как и почему изменяются при этом движении модули сил Р „и 7,? б. От чего зависят вектор и модуль скорости движения электрона в магнетроне? 7. Покажите на рисунке направление векторов Е и В в магнетроне. 8. От чего зависят форма траектории электрона в магнетроне и значение критической индукции В„р? 9. Покажите на рисунке форму траектории электрона в магнетроне при различных значениях магнитной индукции (В <В„~; В = В„; В > В„) 10.Укажите назначение в электрической цепи мультиметров 11. От каких величин зависит значение анодного тока 1, магнетрона? 12.Как зависит величина анодного тока 1, магнетрона: а) от тока накала катода 1„; б) от анодного напряжения ~У,; в) от тока в обмотке соленоида 1; г) от числа витков соленоида № 13.Какие уравнения используют при выводе расчетной формулы для опрее деления удельного заряда электрона — ? Ы.
14. Обьясните форму и укажите назначение графиков 1,=?"(1) и — ' = г"(1) . Л1 15.Укажите способ определения критического тока 1„р по этим графикам. Литература 1. Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. — М.: Высшая школа, 1989.— Я 23.1, 23.3. 2.
Калашников С Г. Электричество.— М.: Наука, 1977. — Я 178, 179, 182. 55 Работа № 7 ихгчкник эээкктА ХОЛЛА В ПОЛЛП ОВОДЫ~ПСАХ ЦЕЛЬ: ознакомиться с явлением Холла, определить постоянную Холла и кон- центрацию электронных носителей в полупроводнике. ОБОРУДОВАНИЕ: регулируемый источник постоянного напряжения «О... 15В», стабилизированный источник постоянного напряжения «+15В», миниблок «Эффект Холла», мультиметры. Введение Эффект Холла — появление в проводнике (или в полупроводнике) с плотностью тока /, помещенном в магнитное поле В, напряжения У в направлении, перпендикулярном векторам ~ и В (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
