Трубка телтрона

редактировать

электронно-лучевая трубка телтрона

отклоняющая трубка телтрона с катушками Гельмгольца и подставкой

A трубка телтрона (названа в честь Teltron Inc., которая теперь принадлежит 3B Scientific Ltd.) представляет собой тип электронно-лучевой трубки, используемый для демонстрации свойств электронов. Компания Teltron выпускала несколько различных типов, включая диод, триод, трубку Мальтийского креста, простую отклоняющую трубку с флуоресцентным экраном и одну, которая могла использоваться для измерения отношения заряда к массе электрона. Последние два содержали электронную пушку с отклоняющими пластинами. Лучи можно изгибать, подавая напряжение на различные электроды в трубке или держа рядом магнит. Электронные лучи видны в виде тонких голубоватых линий. Это достигается путем заполнения трубки газом гелием (He) или водородом (H2) низкого давления. Несколько электронов в луче сталкиваются с атомами гелия, заставляя их флуоресцировать и излучать свет.

Их обычно используют для обучения электромагнитным эффектам, потому что они показывают, как на электронный луч влияют электрические поля и магнитные поля, такие как сила Лоренца.

Содержание

1 Движение в полях
2 Аппаратура
3 Экспериментальная установка
4 Результаты
5 Определение удельного заряда электрона
6 Ссылки
7 Внешние ссылки

Движение в полях

Заряженные частицы в однородном электрическом поле следуют по параболической траектории, поскольку член электрического поля (из силы Лоренца, которая действует на частицу) является произведением заряда частицы и величины электрического поля (ориентированного в направлении электрического поля). Однако в однородном магнитном поле заряженные частицы следуют по круговой траектории из-за перекрестного произведения в члене магнитного поля силы Лоренца. (То есть сила магнитного поля действует на частицу в направлении, перпендикулярном направлению движения частицы. Подробнее см.: Сила Лоренца.)

Аппарат

Аппарат «телтрон» состоит из отклоняющей трубки электронов типа «телтрон», стойки «телтрон» и источника питания EHT (0–5000 В постоянного тока, переменное).

Экспериментальная установка

Экспериментальная схема тонкого пучка

В вакуумированном стеклянном баллоне заполнено некоторое количество водорода (H 2), так что образуется водородная атмосфера при низком давлении примерно 1 42 Па 87. Давление таково, что электроны как можно меньше тормозятся столкновениями (изменение кинетической энергии), количество столкновений невелико, но достаточно для излучения видимого света. Внутри колбы находится электронная пушка. Он состоит из нагревательной спирали, катода и анодного отверстия. Из катода (-) электроны испускаются и ускоряются электрическим полем по направлению к положительно заряженному аноду (+ ). Через отверстие в аноде электроны покидают систему формирования пучка, и цилиндр Венельта объединяется в пучки.

Результаты

Другая экспериментальная установка, показывающая орбиту электронного луча

Когда нагреватель находится под напряжением, нагревательная катушка заставляет электроны выходить из него из-за термоэлектронной эмиссии. В электрическом поле между анодом и катодом электрическое поле действует на электроны, которые ускоряются до высокой скорости, так что электроны выходят через небольшое отверстие в аноде в виде электронного пучка. Только когда ток катушки включен, сила воздействует на луч и изменяет его направление. В противном случае он сохранит свою скорость. Однако, если ток катушки включен, сила Лоренца направит электроны по круговой орбите.

Определение удельного заряда электрона

Вывод формулы для определения удельного заряда электрона с помощью теста пучка накала

Чем выше ток катушки, тем сильнее магнитное поле и тем самым меньше радиус кругового пути электронов. Сила магнитного поля и сила Лоренца пропорциональны друг другу, так что, когда сила Лоренца увеличивается. Большая сила Лоренца будет сильнее отклонять электроны, поэтому орбита будет меньше. Сила Лоренца $FL {\ displaystyle F_ {L}}$ $F_ {L}$ всегда перпендикулярна мгновенному направлению движения и допускает центростремительное $FZ {\ displaystyle F_ {Z}}$ $F_{Z}$ круговое движение. Величина скорости и, следовательно, кинетическая энергия не могут изменяться:

FL = FZ e ⋅ v ⋅ B = m ⋅ v 2 r {\ displaystyle {\ begin {align} F_ {L} = F_ {Z} \\ e \ cdot v \ cdot B = m \ cdot {\ frac {v ^ {2}} {r}} \ end {align}}}

{\ begin {align} F_ {L } = F_ {Z} \\ e \ cdot v \ cdot B = m \ cdot {\ frac {v ^ {2}} {r}} \ end {align}}

Отсюда мы получаем количество удельного заряда электрона

em = v B ⋅ r {\ displaystyle {\ frac {e} {m}} = {\ frac {v} {B \ cdot r}}}

{ \ frac {e} {m}} = {\ frac {v} {B \ cdot r}}

Определение скорости выполняется с использованием энергии закон сохранения

е ⋅ U = 1 2 ⋅ м ⋅ v 2 {\ displaystyle e \ cdot U = {\ frac {1} {2}} \ cdot m \ cdot v ^ {2}}

e \ cdot U = {\ frac {1} {2}} \ cdot m \ cdot v ^ {2}

Это наконец, за ним следует

em = 2 U r 2 ⋅ B 2 {\ displaystyle {\ frac {e} {m}} = {\ frac {2 \, U} {r ^ {2} \ cdot B ^ {2 }}}}

{\ frac {e} {m}} = {\ frac { 2 \, U} {r ^ {2} \ cdot B ^ {2}}}

Удельный заряд электрона имеет значение

- em ≈ - 1. 7588202 ⋅ 10 11 C кг {\ displaystyle {\ frac {-e} {m}} \ приблизительно -1 {.} 7588202 \ cdot 10 ^ {11} \, \ mathrm {\ frac {C} {kg}}}

{\ frac {-e} {m}} \ приблизительно -1 {.} 7588202 \ cdot 10 ^ {{11}} \, {\ mathrm {{\ frac {C} {kg}}}}

Так как заряд электрона доступен из эксперимента Милликена, исследование электронов в магнитном поле - это определение его массы в соответствии с где:

m = e ⋅ r 2 ⋅ B 2 2 U ≈ 9. 1094 ⋅ 10 - 31 кг {\ displaystyle \ m = {\ frac {e \ cdot r ^ {2} \ cdot B ^ {2}} {2 \, U}} \ приблизительно 9 {.} 1094 \ cdot 10 ^ {-31} \, \ mathrm {kg}}

\ m = {\ frac {e \ cdot r ^ {2} \ cdot B ^ {2 }} {2 \, U}} \ приблизительно 9 {.} 1094 \ cdot 10 ^ {{- 31}} \, {\ mathrm {kg}}

Подобные концепции для взвешивания заряженных частиц можно найти в масс-спектрометре.

Ссылки

Внешние ссылки