ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА. Цель работы: определить удельный заряд электрона.

,

откуда радиус кривизны траектории:

.

Если заряд q проходит ускоряющую разность потенциалов ∆φ, то электрическое поле совершает работу ∆ А = q · ∆φ, которая идет на увеличение кинетической энергии частицы:

.

При этом первоначально покоящая частица приобретает скорость:

.

Действие силы Лоренца на заряженную частицу в магнитном поле используется в устройстве осциллографа. Осциллографом называется прибор, предназначенный для изучения формы временных зависимостей электрического тока или напряжения.

Основой всякого осциллографа является электронно-лучевая трубка (рис.5.13).

Для наблюдения формы изменяющегося во времени напряжения к вертикально отклоняющим пластинам 7, горизонтально отклоняющим пластинам 8 прикладывают линейно изменяющееся во времени напряжение, называемое напряжением развертки. При этом на экране высвечивается кривая, являющаяся функцией напряжения от времени.

Определение удельного заряда электрона выполняется с помощью установки, электрическая схема которой представлена на рис. 5.14.

Рис. 5.14. Схема установки: VL – электроннолучевая трубка осциллографа; Э – экран защитный; L ₁, L ₂ – соленоиды; Т – лабораторный автотрансформатор; ИП – источник постоянного напряжения на 740В; R – реостат; А – амперметр на 2А.

На участке электроннолучевой трубки VL, незащищенной экраном от действия внешних переменных магнитных и электрических полей; приложено перпендикулярно оси (С–С) распространения пучка электронов однородное переменное магнитное поле B, создаваемое двумя соленоидами L ₁ и L ₂ (рис. 5.15).

Индукция магнитного поля В, создаваемая в точке пересечения осей “с” и “е” при протекании по последовательно соединенным соленоидам L ₁ и L ₂ переменного тока I = I_m cos ωt, определяется соотношением:

,

где μ₀ = 4 π10^-7 Гн/м; N – число витков соленоида.

Электрон за время пролета пространства “ а ” (∆t = a /V) отклоняется от прямолинейного направления в магнитном поле на высоту h, движется по окружности радиусом R (рис. 5.16). Угловое смещение при этом составляет .

Для случая взаимно перпендикулярных векторов V и В, амплитуда радиуса закручивания электронов R _m:

,

,

где – действующее значение тока.

, (5.14)

.

Амплитуда смещения луча h_m от центра экрана является нелинейной функцией действующего значения тока, протекающего через соленоиды I_q (рис. 5.17) .

Первая производная от смещения h_m по току представляет собой касательную к функции h_m (I_q), тангенс угла наклона которой для точки в начале координат равен

, откуда удельный заряд электрона равен:

. (5.15)

Порядок выполнения работы

1. Включить установку и осциллограф в сеть 220В, дать ему прогреться 5 минут. Установить максимальную частоту развертки. Ручками «смещение» по вертикали и горизонтали установить линию посередине экрана.

2. Установить ручку автотрансформатора на “0” и включить его в сеть 220 В.

3. Увеличить ток через соленоиды от 0 до 1,3 А с шагом 0,1 А измерить ширину линии на осциллографе 2 h _m и занести данные в таблицу 5.4.