Учебник - Электричество - Калашников С.Г. (1238776), страница 90
Текст из файла (страница 90)
(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.
Результаты Томсона показали, что частицы в катодных лучах (природа которых в то время была еще неизвестна) не могут быть заряженными атомами газа или материала электродов и впервые привели к заключению, что эти частицы являются элементарными заряженными частицами, общими для всех веществ, свободно существующими в катодных лучах независимо 1 185 циклОтРОнный (диАМАГнитный) РезОнАнс 425 от атомов и обладающими гораздо меньшей массой, нежели атомы. Дальнейшие опыты по измерению отношения е/гп подтвердили этот вывод.
Они установили, что такое же значение е/т, как н для частиц катодных лучей, имеют 9-частицы, отрицательные частицы, возникающие прн термоэлектронной эмиссии, фотоэлектрическом эффекте, автоэлектронной эмиссии, а также те частицы, которые обусловливают электрический ток в металлах.
Это показало, что все электроны тождественны между собой и что они являются составной частью атомов всех веществ. Удельный заряд электронов можно определить не только из электрических измерений, но и из оптических Совокупность всех результатов по определению е/гп для электронов приводит к следующему значению: е/гпо = 1,759 10" Кл/кг. Так как заряд электрона е известен из независимых измерений (9 144), то отсюда можно найти массу электрона: тэ = 9,109 .
10 з1 кг, что составляет 1/1835 массы протона. Приведенное значение есть масса покоящегося электрона. Укажем в заключение., что по отклонению в электрических и магнитных полях можно найти удельный заряд не только электронов, ио и ионов. Зная же удельный заряд ионов, можно найти и массу атомов исследуемого вещества, и притом с большой точностью Поэтому измерение е/М для газовых ионов является важным и точным методом определения атомных масс и широко применяется в современной физике.
Для этой цели разработаны различные приборы, получившие общее название массспекп1рографов (если положение пучков определяют фотографическим способом) или масс-спекп1рометров (прн регистрации пучков электрическими методами). 9 185. Циклотронный (диамагнитный) резонанс Современная электроника располагает еще одним замечательным методом определения удельного заряда электронов.
Особое достоинство этого метода заключается в том, что он применим не только к электронам в вакууме или в разреженных газах, но и к электронам проводимости в твердых телах. Образец исследуемого вещества помещают в постоянное магнитное поле н одновременно подвергают его воздействию переменного электрического поля, перпендикулярного к магнитному полю. При этом происходит явление, аналогичное процессу ускорения ионов в циклотроне (з 181), но в данном случае ускоряемыми ча- 426 движение 3АРяженных чАстиц В полях Гл. Хчп стицами являются электроны проводимости и роль ускоряющего электрического поля между дуантами играет электрическое поле электромагнитной волны, Рассмотрим качественно поведение свободного электрона в этих условиях. В постоянном магнитном поле (индукцию кото- рого обозначим через Вс) У электрон движется по ок- ружности, лежащей в плосВе,.~К кости Л (рис.
314), перпен- дикулярной к магнитному А полю, с циклотронной частотой обращения (3 179) шс = (е/т)Вш (185.1) Его круговое движение можно разложить на два $; взаимно перпендикулярных гармонических колебания в плоскости П и рассматриРис. 314. К объяснению циялотроннаго вать электрон в постоянном резонанса магнитном поле как два гармонических осциллятора, колеблющиеся вдоль осей Х и У с одинаковой частотой ы, и с постоянной разностью фэз, равной и/2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
