Лабораторная работа № 5

 

Движение электронов в скрещенных Е - и В - полях

 

I. Цель работы

 

Экспериментальная проверка соотношений, вытекающих из уравнения движения электрона в постоянных скрещенных электрическом и магнитном полях.

 

II. Предварительное задание

 

1. Используя [4, (7.24)], рассчитать и построить параболу критического режима для коаксиального диода, диаметр анода которого равен 10 мм, а диаметр катода равен 0,1 мм. Расчет провести для значений В, лежащих в интервале 0... 0,025 Тл.

2. Подготовить ответы на следующие вопросы:

- Направление сил, действующих на электрон в скрещенных электрических полях в различных точках его траектории [5].

- Качественный вид зависимостей анодного тока экспериментального диода от тока электромагнита, построенных на одном графике.

 

 

III. Объект исследования и измерительное оборудование

 

Объект исследования - вакуумный прямонакальный коаксиальный диод, находящийся в продольном магнитном поле (рис. 1). Диод имеет цилиндрический анод 1 и прямонакальный катод 2. Охранные кольца 4 служат для уменьшения неоднородности электрического поля у торцевых частей анода, создавая эффект бесконечно длинного анода. При включении диода в схему на охранные кольца подается тот же потенциал, что и на цилиндрический анод, а ток измеряется только в цепи анода. Диод помещен между полюсами N и S постоянного электромагнита, создающего равномерное магнитное поле, направленное вдоль оси анода.

Измерения проводятся на установке, блок-схема которой приведена на рис. 2. Источником анодного напряжения является стабилизированный блок питания У1136. Анодное напряжение измеряется вольтметром V ₁, анодный ток – миллиамперметром мА₁. Напряжение накала подается от регулируемого источника H и измеряется вольтметром V ₂. Магнитное поле создается электромагнитом, который питается от второго стабилизированного блока У1136. Ток в цепи электромагнита измеряется

                                                        Рис. 1 

 

                                                              Рис.
  2

миллиамперметром мА₂. Величину магнитной индукции в рабочей области диода можно определить по градировочной кривой электромагнита, имеющейся на лабораторном стенде.

 

IV. Задание, порядок выполнения эксперимента и методические указания

 

1. Установить ручки регулировки напряжения накала и регулировки напряжения блоков У1136 в крайнее левое положение.

2. Включить блоки питания У1136 (тумблеры “ВКЛ - СЕТЬ” перевести в положение “ВКЛ.”).

3. Включить питание накала и установить регулятор напряжения накала в крайнее правое положение до упора.

4. Установить тумблеры “ВЫХОД - ВКЛ.” блоков У1136 в положение “ВКЛ.”.

5. Измерить зависимость анодного тока I _а от тока магнита I _м для нескольких значений анодного напряжения U _а в диапазоне 35…100 В. Число значений должно быть не менее 8и, интервал изменения – 5В.   

Построение графика каждой зависимости необходимо проводить вручную на миллиметровке непосредственно в процессе измерений, поскольку при этом возможно контролировать число экспериментальных точек, требуемых для достоверного определения хода кривых. На падающем участке кривых I _а =f(I _м ) должно быть не менее 5 - 7 точек.

  По окончании измерения зависимости I _а =f(I _м ) при выбранном U _а необхо-

димо в первую очередь уменьшить до нуля анодное напряжение установ-

кой в крайнее левое положение ручки грубой регулировки U _a. Затем сле-

дует перейти к снятию характеристик при других значениях U _а в соответ-

ствии с рассмотренной последовательностью измерений.

 

V. Обработка полученных результатов

 

1. По полученным кривым I _а =f(I _м ) определить токи I _{м кр}, соответствующие режиму отсечки. В качестве значений I _{м кр} принять величины токов, отвечающих средним значениям I _мна участке отсечки, как это показано на рис. 3.

2. Определив значения I _{м кр} для различных U _a, найти соответствующие значения B _кр по градуировочной кривой электромагнита.

3. Нанести на график рассчитанной в п. 1 разд. II параболы критического режима экспериментальные результаты.

4. Проверить наличие квадратичной связи между измеренными значениями U _a и B _кр. Для этого построить по экспериментальным данным график =f(B _кp ), который в случае квадратичной зависимости между U _a и В _кр должен иметь вид прямой, проходящей через начало координат.

 

VI. Отчет

 

Отчет по работе составляется индивидуально каждым и должен содержать:

 

- Титульный лист с названием работы, датой выполнения, фамилией и группой автора, фамилией преподавателя.

- Чертеж конструкции экспериментального прибора.

- Схему включения экспериментального прибора с измерительными приборами и источниками питания.

- Графики зависимостей I _а =f(I _м ) при различных U _a.

- График параболы критического режима с нанесенными на нее результатами эксперимента.

- Зависимость, построенная в соответствии с п.4 разд. V.

- Выводы, содержащие сопоставление полученных в работе результатов с ожидаемыми согласно сведениям из литературных источников.

 

                                                                                                

 

 

Рис. 3