电荷在磁场中

在这个实验中，一束电子 （里面真空管） 和磁场是在实验者的控制之下。关键的观点之一是，磁场可以适用于匀速运动点电荷的力。如果充电速度和磁场是，然后由给出了力的大小：

（方程 1）

q在哪里的电荷和θ震级是速度和磁场之间的角度。由于罪θ因素的影响的力量是最大时的速度和磁场垂直于另一个人，而且还有没有力量时的速度和领域都平行于另一个。

这支部队有一个方向。力的方向是垂直于速度和在磁场中所定义的平面 （换句话说，力是垂直于速度和磁场）。可以通过右手定则确定了具体的方向的力。右手定则的一个版本是以下内容：

用右手，指指点点的速度方向。

想想中的磁场中，垂直于 （平行分量不会产生力量） 的速度。把手指放在速度方向，旋转手，直到手掌面临着磁场垂直分量的方向。

伸出大拇指。只要免费是积极的拇指应该指向磁场对运动电荷产生作用力的方向。

如果电荷为负，然后力是方向相反的方式拇指点。

因为力是垂直的速度，力量也不能加速粒子慢下来。力能做的就是改变速度的方向。在特殊情况下，速度和磁场则垂直于另一个人，结果是带电粒子遵循一个圆的道路，在一个圆圈以恒定的速度旅行。这是匀速圆周运动，这意味着可以用作为向心加速度加速度应用牛顿第二定律的定义。

在这种情况下：

（公式 2）

这可以重新找到运动点电荷的荷质比的表达式：

（方程 3）

为了推导，这两个方程的两边的平方：

（方程 4）

重新安排为：

（方程 5）

这可能看起来像有奇怪的事情要做，但请注意，在右手边的分子，是收费粒子半动能。在实验中，电子获得动能之前进入磁场，由正在加速从通过电位差， V休息。应用能量守恒的想法：

这样，

（方程 6）

插入，药量方程结果中：

（方程 7）

所以在实验中，可以通过简单地了解三条信息，即加速电压、 磁场，强度和半径的圆的路径后, 接带电粒子发现荷质比。

加速电压V设置与滑块上的高压电源供应，可以用来读取电压计。

B磁场产生的电流流过线圈，单线圈管两侧各一对。当前我由数字电流表，读取和使用的特定线圈创造出磁场的：

（方程 8）

束的路径的半径可以发现从二维 X-Y 规模内管 (图 1)。线圈中的电流进行调整，直到电子束通过 G 点的坐标 (X，Y)。管内规模可以容易读出的 X 和 Y 值。然后，在图 1中所示的直角三角形，侧 OE 有的 R-Y，长度和侧 EG 的长度为十.应用勾股定理结果中

（方程 9）

解此方程为 R 的结果：

（方程 10）

这是确定荷质比所需的所有信息。

图 1： 图为电子束几何。电子，旅行左到右，进入磁场在点 F = （0，0），然后到 G 点穿过圆形路径偏转磁场 = (X，Y)。可调磁场是由两个线圈 （称为亥姆霍兹线圈），创建任意一边的管。这幅画里的磁场的方向是出这一页，但扭转领域，梁弯曲起来，而不是向下。圆形路径的中心是在点。表明了一个直角三角形，为半径R可以确定。

1.补偿地球磁场的变化

1. 注意在这个实验中有两个独立电路：
   1. 电源电流的线圈产生磁场 (图 2)。电流由一个旋转的拨号设置，该电路包括允许电流来衡量数字电流表。双刀双掷开关用于反转提供的线圈，该电流不是反转磁场的方向。
   2. 第二次电路 (图 3) 运行的电子管。还有一个高电压电源，设置加速电压和 6.3 V 交变信号连接到一个灯丝。电子处于某种意义上，灯丝会沸腾，然后加速由加速电压的不同而不同。
2. 在第二次电路中，打开高压电源打开灯丝。开关管内的光是发光的灯丝。
3. 逐渐调高至约 2000 V 的高电压。内管，受到了电子束，屏幕的部分应该发光蓝色，使电子束可见。
   1. 注意，这并不意味着电子是蓝色的-在屏幕上的涂层是磷光和该涂料的原子由电子激励时，给出了蓝色的发光。
4. 调整的电流通过线圈，创建均匀磁场。向上或向下调整当前，束的路径会改变。调整当前网格上通过光束通过某一特定 (X，Y) 点。记的有梁穿过这一点所需的电流的大小。
5. 反向电流曲线梁在相反的方向，并调整电流，直到光束经过点 (X，−Y) （原始点的镜像图像）。再次，记下的有梁穿过这一点所需的电流的大小。
6. 检查，看看两个电流的大小是否不同。除非管发生要对齐所以电子束是平行于地球磁场的变化，地球的字段将添加到线圈的字段上，当电流在一个方向和减去从它当前在另一个方向时。
7. 在实验中，平均两个电流，需有梁的电流的大小通过某一特定 (X，Y) 点网格，并当前需通过镜像点 X （−Y），以删除地球磁场的影响。

图 2： 为亥姆霍兹线圈的电路原理图。亥姆霍兹线圈产生的强度是磁场的通过电流成正比。由数字电流表测量线圈通过可调电源的电流。双开关的目的是很容易反向电流通过线圈，其中反转的磁场方向。请注意，每个线圈的两个连接都标 A 和 Z 和两个 Z 应连接在一起以确保线圈产生磁场在同一方向，而不是在相反的方向。

图 3： 运行电子管电路图。是的电子源，发光灯丝是运行由 6.3 V 交变电流源。请注意的负面影响的高电压信号也连接到一侧的长丝，而加速区右侧的电极相连 （大约 2,000 3,000 V DC) 正高电压信号。这将产生大的电场，在加速区，导演左加速电子，从左到右。

2.数据收集某 （X，Y） 和 (X，Y −) 组合

1. 请注意，管是昂贵和有些脆弱。不超过 3,500 V 为加速电压，并测量不正在采取的时候加速电压降至零。
2. 在此实验的一部分，记录的数据，每个都有不同的加速电压同 （X，Y） 和 (X，−Y) 五套组合。
3. 请注意，当加速电压增加和电子走得更快，他们不要弯曲一样，因此，从线圈在磁场中需要将会增加，有梁通过同一点在屏幕上。选择某一 （X，Y） 和 (X，−Y) 点用于实验的这一部分。使用方程 10来计算对应的半径的光束的路径。
4. 对于特定的加速电压，记录有梁穿过空房 (X，Y) 点所需的电流的大小。反向电流，并记录有梁通过镜像点 (X，−Y) 所需的电流的大小。
5. 平均两个电流，消除地球磁场的影响。
6. 使用平均电流方程 8来计算磁场的强度。
7. 使用加速电压、 半径和磁场的值来计算电子的荷质比的大小。
8. 选择一个新的加速电压，并重复步骤 2.3-2.7。继续这样做，直到收集了五集的数据。
9. 计算平均的电子荷质比的大小。

3.数据收集某加速电压

1. 收集 5 个更多的数据集。这一次，保持加速电压恒定，改变 (X，Y) 和 (X，−Y) 梁经过的点。记录数据。
2. 计算平均的电子荷质比的大小。
3. 平均两药量比值的平均值确定从部分 2 和 3 和国家可能的实验误差来源。

部分 2 代表结果可以见表 1。这些值给 1.717 x 10^-11 C/公斤平均荷质比。注意这是比率的大小，因为电子的电荷是负值。

部分 3 代表结果可以见表 1。这些值给 1.677 x 10^-11 C/公斤平均荷质比。再次，这是比例的大小，因为电子的电荷是比例的负值。

平均出这两个值的荷质比的大小和舍入为三位有效数字给出了 x 10^-11 C/公斤 1.70 值。

这一比率被称为相当准确地说，看到的电子与人民群众的很多重要的数字电子的电荷值而闻名。使用这些已知的量，可以确定荷质比的大小是：

1.7588047 ± 0.0000049 C/公斤

请注意，通过实验确定的值比这低 4%左右。事实上，所有十个值均低于接受的值，这表明一个系统性的错误。最可能的这种系统的误差源将米，特别是在给出了高电压值的仪表之一。如果那米给了一贯略低于实际值的读数，这可以解释稍低的荷质比值本身。

地球的存在不是错误的磁场的一个来源，因为实验由平均两个当前值更正为地球磁场的影响。然而，在推导方程的假设之一是由线圈产生的磁场是均匀。该字段是均匀内无限长的螺线管，但不是完全一致的在该区域内两个有限线圈在此实验中，所以这可能是可能的错误源。

X = 7 厘米 Y = 1 厘米 R = 25 厘米

表 1:填好的表数据集合为一个特定 （X，Y） 和 (X，−Y) 的组合。

加速电压 = 2,700 V

表 2:填好的表的数据集合的特定的加速电压。

这个实验中，在 19^世纪末期，首先由 J.J.Thomson 的电子，使其非常重要的实验，从历史的角度，证明。电子一直以来被无数的电子设备。

以下是一些应用程序在圆形或螺旋形的路径，旅行的带电粒子的列表和因此他们行驶在磁场中：

1) 由带电的粒子，螺旋绕地球磁场线并存入他们的能量在极地的北极光 （北极光） 和南极光 （极光） 形成。

2) A 的阴极射线管，用于为所有电视机前的 LCD、 LED 和等离子屏幕更新的技术基础。

3) A 质谱仪。一些质谱仪分离离子基于它们的质量由弯曲成圆形路径使用磁场的他们的发展轨迹。路径后, 接一个特定的离子半径是它的质量成正比。

4) 大型强子对撞机 (LHC)，这是著名的 27 公里周长仪器埋入地下法国-瑞士边境地方物理学家最近做了实验，证明存在的希格斯玻色子，这是负责为什么粒子的质量。