Определение отношения заряда электрона к его массе

В наших опытах для определения удельного заряда электрона применяется электроннолучевая трубка 5Л038, смонтированная на вертикальной панели, аналогично тому, как это описано в работе по изучению осциллографа.

Для проведения опытов необходимо изготовить цилиндрическую и две прямоугольные катушки. Каркас для цилиндрической катушки длиной 110 мм имеет внутренний диаметр 51 мм. На каркас виток к витку в три ряда наматывается медный провод с эмалевой изоляцией ПЭЛ-0,6. Диаметр провода можно взять в пределах 0,5— 0,7 мм, таким образом катушка будет содержать 350 — 400 витков. Длина намотки 90 мм.

Для изготовления двух прямоугольных катушек предварительно следует сделать деревянный брусок размерами 30 X 50 X Х 90 мм. На брусок накладывается пластмассовый или картонный каркас катушки, на который наматывается провод (ПМВ-0,5 или ПМОВ-0,5) в один слой шириной 2 см. Сняв катушку на каркасе с деревянного бруска, ее следует укрепить на каркасе с помощью алюминиевых полосок. Для удобного крепления катушек на угольниках около электроннолучевой трубки необходимо сделать направляющие втулки из алюминия, которые укрепить внизу катушек. После изготовления двух прямоугольных катушек на одни выводы их прикрепить наконечники, а другие — спаять.

Для определения величины смещения электронного пучка изготавливается шкала с миллиметровыми делениями. Шкала делается из плексигласовой пластинки размерами 80 X 47 мм.

В качестве источника питания электроннолучевой трубки используется школьный кенотронный выпрямитель. Относительно низкое напряжение (300—400 в) не вызывает выгорания экрана трубки при проведении опытов.

Первый способ (метод Буша). В первом способе определения удельного заряда электрона применяется электроннолучевая трубка с цилиндрической катушкой. В цепь катушки (рис. 127) включен амперметр на 1,5—2 а, реостат на 5—10 ом. Источником тока служит батарея аккумуляторов на 6—8 в. К пластинам YY подключается переменное напряжение 10—20 в от любого трансформатора.

Рассматривая движение электрона от вертикально отклоняющих пластин до экрана трубки в продольном магнитном поле по методу Буша, можно прийти к выводу, что

где U — анодное напряжение, r — радиус цилиндрической катушки, L — длина катушки, I — сила тока в катушке, n — число витков, L — расстояние от середины вертикально отклоняющих пластин до экрана трубки 5Л038.

Опыт проводится следующим образом. Подавая на отклоняющие пластины трубки переменное напряжение, получают на экране светящийся отрезок. Включив цепь катушки, перемещают ползунок реостата. С увеличением тока в обмотке катушки увеличивается магнитная индукция, что приводит к поворачиванию светящегося отрезка и уменьшению его размеров. Когда величина магнитной индукции станет такой, что шаг винта движения электронов будет равен расстоянию от отклоняющих пластин до экрана, то на экране будет видна только светящаяся точка. В этот момент и фиксируют силу тока в катушке.

Проведенные опыты дали следующие результаты:

Подставляя полученные значения в приведенную формулу и вычислив, получим:

Относительная погрешность при этом способе определения удельного заряда электрона не превышает 10%.

Второй способ. Для определения отношения заряда электрона к его массе вторым способом прямоугольные катушки укрепляются на угольниках сбоку электроннолучевой трубки (рис. 128). Плексигласовая шкала пропускается через прямоугольные катушки и таким образом удерживается перед экраном трубки.

Установка собирается по схеме рисунка 129. Отклонение электронного пучка в этом случае осуществляется магнитным полем прямоугольных катушек. Смещение d пучка по экрану измеряется по делениям плексигласовой шкалы.

Рассматривая движение электрона в поперечном магнитном поле, создаваемом прямоугольными катушками, приходим к выводу, что

где U — анодное напряжение, L — длина сечения прямоугольных катушек, d — смещение луча по экрану, Т — период колебаний магнитной стрелки в поле Земли, В — магнитная индукция поля Земли, Т₁ —период колебаний магнитной стрелки в магнитном поле прямоугольных катушек.

Магнитная индукция поля катушек определяется методом колебаний магнитной стрелки при снятых катушках, расположенных друг от друга на расстоянии, равном расстоянию между катушками, укрепленными на уголках около трубки.

В результате проведенных нами опытов были получены следующие значения величин: