Электрический заряд в магнитном поле

1. Компенсация магнитного поля Земли

1. Обратите внимание, что в этом эксперименте есть две независимые цепи:
   1. Подайте ток на катушки, создающие магнитное поле ( Рисунок 2). Ток регулируется поворотным диском, а в цепь входит цифровой амперметр, который позволяет измерять ток. Двухполюсный двухходовой переключатель используется для изменения направления тока, подаваемого на катушки, что приводит к изменению магнитного поля.
   2. Вторая цепь ( Рисунок 3) запускает электронную лампу. Имеется высоковольтный источник питания, который задает ускоряющее напряжение и переменный сигнал 6,3 В, подключенный к нити накаливания. Электроны, в некотором смысле, выкипиваются из нити накала, а затем ускоряются ускоряющим напряжением.
2. Во второй цепи включите высоковольтный источник питания, чтобы включить нить накаливания. Свет, который включается внутри трубки, — это светящаяся нить накаливания.
3. Постепенно увеличивайте высокое напряжение примерно до 2000 В. Часть экрана внутри трубки, на которую попадает электронный луч, должна светиться синим цветом, делая электронный луч видимым.
   1. Обратите внимание, что это не означает, что электроны синего цвета - покрытие на экране фосфоресцирует и излучает голубое свечение, когда атомы этого покрытия возбуждаются электронами.
4. Регулируйте ток через катушки, которые создают равномерное магнитное поле. При регулировке тока в большую или меньшую сторону траектория луча изменяется. Отрегулируйте ток для пропускания луча через определенную точку (X, Y) на сетке. Обратите внимание на величину тока, необходимого для того, чтобы луч прошел через эту точку.
5. Измените направление тока, чтобы искривить луч в противоположном направлении, и регулируйте ток до тех пор, пока луч не пройдет через точку (X, −Y) (зеркальное отражение исходной точки). Опять же, обратите внимание на величину тока, необходимого для того, чтобы луч прошел через эту конкретную точку.
6. Проверьте, различаются ли величины двух токов. Если трубка не выровнена таким образом, что электронный луч параллелен магнитному полю Земли, то поле Земли увеличивает поле катушек, когда ток идет в одном направлении, и вычитается из него, когда ток идет в другом направлении.
7. На протяжении всего эксперимента усредняйте величины двух токов: ток, необходимый для прохождения луча через определенную точку (X, Y) на сетке, и ток, необходимый для прохождения через точку зеркального отражения (X, −Y), чтобы устранить влияние магнитного поля Земли.

Рисунок 2: Принципиальная схема для катушек Гельмгольца. Сила магнитного поля, создаваемого катушками Гельмгольца, пропорциональна току, проходящему через них. Ток, подаваемый на катушки от регулируемого источника питания, измеряется цифровым амперметром. Цель двойного переключателя состоит в том, чтобы легко изменить направление тока, проходящего через катушки, что меняет направление магнитного поля. Обратите внимание, что два соединения с каждой катушкой обозначены буквами A и Z, и они должны быть соединены вместе, чтобы гарантировать, что катушки создают магнитные поля в одном направлении, а не в противоположных.

Рисунок 3: Принципиальная схема для запуска электронной лампы. Светящаяся нить накаливания, которая является источником электронов, приводится в действие источником переменного тока 6,3 В. Обратите внимание, что отрицательная сторона высоковольтного сигнала также подключена к одной стороне нити накаливания, в то время как положительный высоковольтный сигнал (порядка 2000-3000 В постоянного тока) подключен к электроду с правой стороны зоны ускорения. Это создает большое электрическое поле, направленное влево в зоне ускорения, ускоряя электроны слева направо.

2. Сбор данных для определенной комбинации (x, y) и (x, − y)

1. Обратите внимание, что трубки дорогие и несколько хрупкие. Не превышайте 3 500 В для ускоряющего напряжения и уменьшите ускоряющее напряжение до нуля, когда измерения не проводятся.
2. В этой части эксперимента запишите пять наборов данных, каждый из которых имеет разное ускоряющее напряжение с одинаковой комбинацией (X, Y) и (X, −Y).
3. Обратите внимание, что по мере увеличения ускоряющего напряжения и более быстрого перемещения электронов они не изгибаются так сильно, и, таким образом, магнитное поле от катушек необходимо увеличивать, чтобы луч проходил через одну и ту же точку на экране. Выберите конкретную точку (X, Y) и (X, −Y) для использования в этой части эксперимента. Используйте уравнение 10 для вычисления соответствующего радиуса траектории луча.
4. Для определенного ускоряющего напряжения запишите величину тока, необходимого для прохождения луча через выбранную точку (X, Y). Измените направление тока и запишите величину тока, необходимую для того, чтобы луч прошел через точку зеркального отражения (X, −Y).
5. Усредните два тока, чтобы убрать влияние магнитного поля Земли.
6. Используйте средний ток в уравнении 8 для вычисления напряженности магнитного поля.
7. Используйте значения ускоряющего напряжения, радиуса и магнитного поля для вычисления величины отношения заряда к массе электрона.
8. Выберите новое ускоряющее напряжение, и повторите шаги 2.3-2.7. Продолжайте делать это до тех пор, пока не будет собрано пять наборов данных.
9. Вычислите величину среднего отношения заряда к массе для электрона.

3. Сбор данных для определенного ускоряющего напряжения

1. Соберите еще пять наборов данных. На этот раз сохраняйте постоянное ускоряющее напряжение и меняйте точки (X, Y) и (X, −Y), через которые проходит луч. Запишите данные.
2. Вычислите величину среднего отношения заряда к массе для электрона.
3. Усреднить два средних отношения заряда к массе, определенные в разделах 2 и 3, и указать возможные источники ошибок в эксперименте.