Киселица-мрежни цевки во магнетното поле
Цевки во магнетно поле:
Електроните на кружна патека
Последна промена: 31 октомври 2020 година
Ако испратите електронски зрак низ магнетно поле во вакуум, тој ќе се одврати од права насока. Правило на десната рака (кој се сеќава на часот по физика?) Вели: Во магнетно поле Б, подвижен електричен полнеж доживува Лоренцова сила
F L = e Б. x v,
кој делува нормално на својата насока на движење v. Ова е прикажано на втората слика десно. Треба да бидете во можност да ги управувате по кружна патека, нели? Радиусот на орбитата r е доволно голем, така што центрифугалната сила насочена нанадвор ја компензира силата на Лоренц насочена навнатре:
јас е масата на електронот, е р е вектор на радијално надворешната единица. Ако електроните летаат во круг наместо на права патека до анодата, тогаш ова треба да се забележи во анодната струја, затоа моето прво размислување. Барем ако магнетното поле е доволно силно. Затоа, зедов пентод со тип EL84 и го ставив во базата за експерименти. Потоа го поврзав ова со моето лабораториско напојување: вклучен грејач, катода на минус, анода и мрежа на екран на плус, а потоа негативен напон од -10 волти на контролната мрежа. На напон од 200 волти на Андите, можев да измерам околу 20 mA анодна струја. Досега тоа е во ред. Сега магнетното поле што би требало да ги одвраќа електроните: ако држам силен магнет, супер магнет неодимиум-железо-бор, на стаклената крушка на цевката, тогаш, не треба да се намали струјата? Но, ништо не се случува! Раката на милиаметарот не се движи милиметар. На крајот на краиштата, не е толку едноставно.
Дали вака ќе изгледа патеката на електроните (сина) во цевката ако има магнетно поле кое е нормално на рамнината на сликата? На цртежот е прикажана структурата на радио пентодата и „планот на летот“ на електроните во магнетното поле. Тие земаат брзина во радијална насока во електричното поле помеѓу катодата и решетката на екранот, но поради магнетната сила на Лоренц завршуваат на кружна патека што води помеѓу решетката на екранот и анодата околу центарот, катодата. Ние сакаме да го демонстрираме тоа.
Правило на десната рака: палецот ја покажува насоката на движење, показалецот магнетното поле, а средниот прст силата на отклонување кон центарот на кругот што ја опишува електронската патека. Но, бидете внимателни: електроните се негативно наполнети. Ова точно го менува правецот на силата !
Еве EF 184 во експериментална поставка. Десно е магнетната калем што треба да генерира магнетно поле.
Требаше да го заменам EL84 што го користев првично со EF 89, EF 183 или EF 184. Во EL84 решетката за сопирање е внатрешно поврзана со катодата. Во случај на EF 89 и другите пентоди, од друга страна, решетката на сопирачката се води кон надворешната страна преку сопствен приклучок. Јас ги затегнав врските на решетката на екранот, решетката за сопирање и анодата до +120 волти од единицата за напојување користејќи милиамметар (или мал отпорник на кој го мерам падот на напонот со осцилоскоп).
Подобрената експериментална поставка. Прво ставам електромагнет над цевката, чие поле е паралелно со оската на системот за цевки. Екранската мрежа, решетката за сопирање и анодата исто така се во ист потенцијал. Значи, нема електрично поле помеѓу решетката на екранот и анодата. Тука ниту една електростатска сила не делува на електроните, само магнетната Лоренц.
Идејата тука е дека електроните во просторот помеѓу решетката на екранот и анодата се насочени кон кружна патека од страна на магнетното поле, како во циркуска арена. Тука тие можат да направат многу кругови и да се задржат долго време пред да бидат апсорбирани од најблиската мрежа или од анодата. Тоа зависи од радиусот на вашата траекторија, на што може да влијае и јачината на магнетното поле. Ако радиусот на нејзината орбита одговара на оној на електродата, тогаш струјата што тече низ оваа електрода треба да се зголеми.
Но, како да знам колку е силно магнетното поле на мојата серпентина кога испраќам одредена струја низ неа, да речеме 1 ампер? Едноставно, тоа го пресметувам со L-Culator! Од димензиите на ликвидацијата и бројот на вртења, можам да ја користам оваа алатка за да ја утврдам јачината на полето во центарот на серпентина. Цилиндерската калем што се користи овде има 530 вртења изработени од емајлирана бакарна жица со дебелина од 0,6 мм. Намотката има внатрешен дијаметар од 2,5 см, надворешен дијаметар од 5 см и должина од 2,7 см. Од овие информации, L-Culator пресметува јачина на полето од 15 mT при струја на серпентина од 1 A. Намотката може да издржи дури и 4 А за кратко време, што потоа резултира со максимум 60 mT. Тоа е повеќе од доволно за овој експеримент. Електричната енергија за ова доаѓа од прилагодливо лабораториско напојување кое може да испорача доволно ампери. На 4 ампери, серпентина троши околу 75 вати енергија, вели L-Culator.
Намотката седи на цевката. Јас едноставно свиткав соодветна заграда од алуминиумскиот лим за да го поставам центарот на серпентина над системот за цевки. Сега експериментот може да започне.
Експерименталното поставување. Покрај тоа, поврзав осцилоскоп, што не може да се види на сликата.
Лево од сликата, општиот преглед на експерименталното поставување: Во задниот дел лево напојувањето за анодата и мрежниот напон, овде овде. Десно од ова е лабораториското напојување за магнетот, со вграден амперметр. Но, корисно е да се поврзе попрецизен амперметар во линијата на серпентина. Пред повеќе инструмент што ја мери струјата преку соодветните мрежи g2, g3 или анодата. Намотката со цевката подолу во центарот на сликата. Поради големата дисипација на моќност, и дадов мал вентилатор кој овозможува ладење за време на мерењето.
Ако сега полека ја активирате струјата на серпентина малку по малку, можете да ги прочитате струите на милиаметарот како функција на струјата на серпентина, а со тоа и на магнетното поле. На почетокот внесував сè рачно во табела. Малку е мака. Секако дека е попрактично ако сето ова го правите со дигитален осцилоскоп (така го сторив тоа на крајот). Се вози „рампа“ со магнетното поле и струјата на возбудата се снима на x-оската и струјата преку соодветната електрода на y-оската. Но резултатот е ист.
Сега за резултатите:
Сликата од десната страна ја покажува струјата Јас2 преку решетката на екранот на EF 184 како функција на магнетното поле Б., дадени во милитесла. Извинете за малку „искривените“ нумерички вредности на x-оската, но го пресметав факторот на пропорционалност помеѓу магнетното поле и струјата на серпентина (само тоа се мери со осцилаторот) потоа.
Без магнетно поле, тука тече струја од 0,3 mA, што првично е независно од магнетното поле. Тековната мрежа на екранот се зголемува само од околу 16-17 mT и достигнува максимум од 40 mT.
Што се случува ? Па, под 16 mT полето е премногу слабо за да ги одврати електроните од нивната патека до мрежата на заостанување или воопшто до анодата. Но, тогаш, со уште посилно поле, се повеќе и повеќе електрони се насочуваат наназад кон решетката на екранот. Струјата се крева. Со полиња над 40 mT, отклонувањето станува толку силно што електроните од катодата веќе не можат да ја достигнат мрежата на екранот.
Ајде сега да погледнеме во решетката за сопирачки на EF 184. Како прво, забележливо е дека мрежата на заостанувачката мрежа е многу помала од мрежната струја на екранот, иако обете мрежи се во ист потенцијал. Ова е затоа што мрежата за заостанување има многу пошироки мрежи (всушност, на EF 184 тоа е само лим со широки отвори), а електроните не ги наоѓаат мрежните жици толку лесно.
Сепак, остриот максимум на мрежната струја може да се види тука околу 22 mT. Со оваа јачина на полето, електроните се очигледно на кружна патека околу централната катода на цевката, а радиусот на кружната патека одговара на радиусот на ретардирачката мрежа. Веројатноста за удирање во мрежата за сопирање е тогаш особено голема. Ако јачината на полето е променета, кружната патека станува потесна или поширока, во секој случај, таа води покрај мрежата за сопирање. Сегашното Јасg3 во секој случај нагло се намалува.
Струјата на мрежата на сопирачките конечно исчезнува над приближно 50 mT. Ниту еден електрон сега не излегува толку далеку.
Десно од сликата, резултатот од истиот експеримент со EF 89. Ова е „обичен“ пентод со решетка за сопирање што е завиткан наоколу. За разлика од ова, EF 184, како т.н. „сноп од тетрада на сноп“, има само две тесни метални ленти пред анодата како решетка за сопирање, на кои електроните ретко се приближуваат. Со EF 89 се забележува многу поизразен максимум од струјата на мрежата на сопирачката. На јачините на полето околу 25-28 мТ Јасg3 порасна на повеќе од трипати повеќе од оној на EF 184.
Конечно струјата низ најоддалечената електрода на цевката, анодата. Анодната струја исчезнува скоро целосно над 30 mT. Тоа беше очекувано. Електроните летаат по тесни кружни патеки што ги водат кон решетката или решетката за сопирање.
Малку теорија на крајот
Аголот на отклонување α со кој електронската патека отстапува од радијалниот правец на движење помеѓу катодата и анодата на цевката е (за ова треба да се пресмета силата на Лоренц што делува на електронот):
м e = 9,109 10 -31 kg е масата на електроните, д = 1,602 10 -19 C е основниот полнеж, р растојанието од катодата (во м), U (r) потенцијалот во таа точка (во волти), и Б. јачината на магнетното поле (во Тесла). Кружната патека се постигнува кога α е еднаков на 90 °. Синусот тогаш е еднаков на 1. За радиусот на орбитата Р. k сега може да се наведе следнава формула, според која споменатите природни константи се во нумеричкиот префактор:
Со EF 184 применивме напон од 120 V на анодата и на двете надворешни мрежи. Ја забележавме максималната струја на мрежата на сопирачката на Б. = 22 мТ. Ова значи дека радиусот на кружната патека тука треба да биде идентичен со радиусот на решетката за сопирачките (лим). Формулата резултира во радиус од 3,4 mm, што се чини реално за овој тип на цевки.