 |
|
Основы метода и описание установки
Простейший магнетрон представляет собой двухэлектродную электронную лампу, состоящую из цилиндрического анода и расположенного на его оси катода. Лампа помещается в однородное магнитное поле, которое направлено вдоль ее оси. В данной работе магнитное поле создается соленоидом.
Индукция магнитного поля Bизменяется за счет изменения силы тока Icв соленоиде, в результате чего изменяются траектории движения электронов и, как следствие, анодный ток Iaмагнетрона. Удельный заряд e/m электрона оценивается по экспериментально полученной зависимостиIa = f(Ic).
На электрон, движущийся от катода к аноду, действуют две силы: одна – со стороны электрического поля:
| (3.1) |
другая – со стороны магнитного поля
| (3.2) |
Первая направлена вдоль радиуса от катода к аноду, вторая – перпендикулярно к векторам скорости и индукции магнитного поля.
На рис. 3.1 показаны траектории электронов при различных значениях индукции магнитного поля. По мере увеличения индукции поля траектория электрона все более искривляется, и при некотором критическом значении индукции Bкрэлектроны перестают достигать анода. Анодный ток в этот момент резко уменьшается.
Рис. 3.1. Влияние магнитного поля на траекторию движения электрона
Изображенную на рис. 3.2 зависимость силы анодного тока от индукции магнитного поля называют сбросовой характеристикой магнетрона.
а б
Рис. 3.2. Примерный вид идеальной (а) и реальной (б) сбросовых характеристик магнетрона
Идеальная характеристика получилась бы при одинаковых скоростях движения электронов в строго однородном поле. Реально прекращение анодного тока происходит не скачком, а плавно. Критическое значение Bкриндукции магнитного поля соответствует точке перегиба кривой Ia = f(Ic). Критический диаметр траектории электрона равен радиусу анода:
 .
| (3.3) |
Сила, действующая на электрон со стороны магнитного поля, сообщает ему нормальное ускорение. По второму закону Ньютона
 ,
| (3.4) |
откуда
 .
| (3.5) |
С другой стороны,
 ,
| (3.6) |
где Ua – разность потенциалов между катодом и анодом. Из формул (3.5) и (3.6) легко получить формулу для удельного заряда электрона
| (3.7) |
Магнитное поле соленоида конечной длины без сердечника рассчитывается по формуле
| (3.8) |
где 
Гн/м – магнитная постоянная; N– число витков соленоида; 
– ток в соленоиде; D – диаметр соленоида; L – его длина.
Формула для расчета удельного заряда электрона принимает окончательный вид:
| (3.9) |
Принципиальная схема электрической установки, приведенная на рис. 3.3, состоит из двух частей – цепи соленоида (а) и цепи диода (б).
а б
Рис. 3.3. Принципиальна схема электрической цепи установки:
mA – миллиамперметр;
mA – микроамперметр;
П1, П2 – регуляторы тока и напряжения