Устройство газоразрядной трубки и принцип получения видимого электронного пучка
Газоразрядная трубка с накаливаемым катодом служит для получения видимого электронного пучка. Внутри газоразрядной трубки, имеющей форму шара, находится система электродов , называемая электронной пушкой, для получения и фокусировки потока электронов.
В электронную пушку входит накаливаемый катод К, модулятор Мод и анод А.(Рис. 6)
Эмитируемые раскалённым катодом электроны ускоряются электрическим полем и, за счёт определённой формы электрического поля между катодом, модулятором и анодом, собираются в электронный пучок.
Для получения видимого электронного пучка и дальнейшей фокусировки электронов служит водород, поступающий из водородного генератора, который находится рядом с электронной пушкой. Водородный генератор представляет собой полый цилиндр из гидрида титана, внутри которого расположена нить накала.
При обычных температурах водородный генератор поглощает большое количество водорода, а при нагревании отдаёт его обратно. В зависимости от температуры накала водородный генератор выделяет в трубку такое количество водорода, которое способствует газовой фокусировке электронов. Суть газовой фокусировки заключается в следующем: электроны, вылетевшие с катода и ускоренные электрическим полем, ионизируют атомы водорода. Образующийся положительный заряд ионов за счёт кулоновских сил притяжения компенсирует силы отталкивания между электронами, удерживая их в узком пучке.
|
|
Для создания магнитного поля применяются катушки Гельмгольца. Они располагаются так, что электронный пучок находится в области однородности магнитного поля катушек.
Соответствующие расчеты для определения удельного заряда электрона дают формулу вида:
(10)
где - ускоряющее напряжение на аноде., - радиус окружности, по которой движутся электроны, B- индукция магнитного поля.
Экспериментальные установки
1. Метод магнитной фокусировки
Установка для эксперимента смонтирована на основе осциллографа ЭО-6. Для генерирования электронов, движущихся под малыми углами к оси электронного пучка, используется электронно-лучевая трубка (ЭЛТ) с малым диаметром экрана. ЭЛТ помещается в соленоид (рис.7), который создает магнитное поле, параллельное оси ЭЛТ. Питание соленоида осуществляется от источника постоянного тока напряжением 30-50 вольт.
Клеммы соленоида выведены на переднюю панель осциллографа.
Ток соленоида устанавливается реостатом и измеряется амперметром. Индукция магнитного поля на оси соленоида определяется по формуле:
B=μ0NI/2L (cosφ1 -cosφ2), (11)
|
|
где N и L –число витков и длина соленоида соответственно, а φ1 и φ2- углы, показанные на рисунке 7. Как видно из рисунка:
Тогда формула 11 перепишется в виде:
(12)
2. Метод магнетрона
В настоящей работе для определения удельного заряда электрона используется магнетрон с цилиндрическими катодом и анодом. Радиус катода а=0.9 мм, анода-b=9,6 мм. Cхема включения лампы приведена на рис.8.
Лампа помещена внутрь соленоида. Питание соленоида осуществляется от источника постоянного тока.
3.Газоразрядная трубка.
Для питания электронной пушки и водородного генератора газоразрядной трубки служит источник постоянного тока ВУП-2 (включение через октаэдный разъем). Для создания однородного магнитного поля на катушки Гельмгольца подается напряжение от источника постоянного тока ИЭПП-1. Ток, подаваемый на катушки Гельмгольца, контролируется амперметром и вольтметром.
Проведение эксперимента
Определение удельного заряда электрона методом магнитной фокусировки
1. Собрать схему питания соленоида по рис. 7.
2. Включить осциллограф в сеть переменного тока и получить на экране трубки светящееся пятно.
|
|
3. Включить питание соленоида, и постепенно увеличивая ток, добиться того, чтобы изображение на экране стянулось в точку. При этом шаг винта движения электронов будет равен расстоянию ℓ от центра пластин до экрана трубки. Записать значение тока, текущего при этом через соленоид.
4. По формуле 12 вычислить магнитную индукцию В, а по формуле 8 – удельный заряд электрона.
5. Формула 8 справедлива для случая, когда электроны проходят 1 виток спирали. Если в опыте, после первой фокусировки электронов, увеличивать ток соленоида, на экране изображение будет размываться, а затем снова соберется в светящуюся точку и так далее. Второе прохождение электронов под влиянием магнитного поля через фокус происходит в том случае, когда электроны на пути от отклоняющих пластин к экрану проходят 2 витка спирали. Плавно увеличивая ток, получит вторую и третью фокусировки пучка электронов на экране, записать значение токов. Для каждого случая вычислить магнитную индукцию и удельный заряд, учитывая изменения шага винта движения электронов.
6. Рассчитать относительную и абсолютную ошибки полученных результатов по отношению к табличным данным.
Примечания: для расчета искомых величин использовать следующие данные: U = 450 В; N=1000 витков; L = 8 см, r= 3,5 см, ℓ =9 см
|
|
Метод магнетрона
1. Установить магнетрон в середину соленоида;
2. Схему (рис. 8) включить в цепь переменного тока;
3. Установить с помощью потенциометра R1 анодное напряжение 0,5 -1,5 В. Прогрев лампы и установление анодного тока длятся 3-5 мин.
4. Включить источник тока;
5. Подать на соленоид напряжение от источника постоянного тока В-24. Изменяя ток соленоида от 0 до 10 А, исследовать зависимость Ia=f(I) при трёх фиксированных значениях анодного напряжения.
6. Данные измерений занести в таблицу 1:
Таблица 1
№№ | Ua1= | Ua2= | Ua3= | |||
I, A | Iа ,мкА | I, A | Ia, мкА | I,A | Iа,мкА | |
7. Построить кривые зависимости анодного тока Ia лампы от тока соленоида I при фиксированных значениях анодного напряжения, в результате чего получить сбросовые характеристики;
8. Для каждого значения анодного напряжения определить значения силы тока в соленоиде Iкр, при которых кривые Ia=f(I) круто падают. Наиболее правильно брать значения Iкр из верхней части участка спада сбросовой характеристики;
9. Используя найденные значения тока Iкр, вычислить критические значения магнитной индукции по формуле (11);
10. Вычислить по формуле 9 отношение e/m для разных значений анодного напряжения Ua. Найти среднее значение <e/m>. Оценить ошибки измерения.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 510; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!