21

Wanymi wielkociami charakteryzujcymi elektron s jago adunek e i masa m. Tor elektronu podczas jego ruchu w polu elektrycznym i magnetycznym zaley od konfiguracji tych pól oraz od stosunku e/m. adunku elektronu do jego masy. Jeeli konfiguracja pól jest zadana i znany jest z dowiadczenia tor elektronu w tych polach to mona wyliczy stosunek e/m. Na tym polegaj liczne metody pomiaru e/m. dla elektronu, jonów, i innych czstek naadowanych.

Sia magnetyczna F_L jest zawsze skierowana prostopadle do prdkoci ruchu adunku, a wic ma charakter siy dorodkowej. W jednorodnym staym polu magnetycznym elektron porusza si po okrgu lub ogólniej po spirali (jeeli czstka posiada skadow prdkoci równoleg do kierunku pola dookoa osi, któr jest kierunek wektora indukcji pola magnetycznego.

Jednym z waniejszych przypadków ruchu elektronów w polach elektrycznym i magnetycznym prostopadych do siebie, jest ruch elektronów w lampie zwanej magnetronem. Jedn z odmian magnetronu jest dioda próniowa o koncentrycznie rozmieszczonych elektrodach. Anoda jest cylindrem metalowym na osi którego znajduje si katoda, która take jest cylindrem o promieniu znacznie mniejszym od anody. Dioda ta znajduje si w jednorodnym polu magnetycznym, którego linie si s równolege do osi cylindrów.Rozmieszczenie elektrod w diodzie i przebieg linii si pola magnetycznego, a take przykadowe tory ruchu elektronów:

Przy takim usytuowaniu elektrod elektrony emitowane z powierzchni katody K poruszj si wzdu promieni w kierunku anodyA (oczywicie w nieobecnoci zewntrznego pola magnetycznego) . W obecnoci pola magnetycznego B na elektrony dziaa sia magnetyczna F_L - prostopada do kierunku ich ruchu. Pod dziaaniem tej siy ruch elektronów jest bardziej zoony, a ich tory s krzywoliniowe. Dla ustalonego napicia anodowegoU_a istnieje pewna krytyczna warto pola magnetycznego B_k, przy której tory elektronów bd styczne do anody. Dla pola o wartoci B<B_k wszystkie elektrony wysyane z katody K docieraj do anody A i natenie prdu pyncego w magnetronie posiada t sam warto co bez pola magnetycznego. Dla pola B>B_k elektrony wysyane z katody K nie docieraj do anody A i prd w lampie zostaje przerwany.

Krzywa ilustrujca zaleno I_a = f(B) posiada charaktersyczny “ogon”, spowodowany niedokonaociami magnetronu jak: obecno resztek gazu w lampie, niedokadnie wspóosiowym rozmieszczeniem katody i anody, przede wszystkim faktem, i elektrony biegnce od katody do anody maj róne prdkoci. Zwizane jest to z tym, e elektrony maj róne prdkoci termiczne.

Uwaga : Poniewa odczyt z wykresu natenia krytycznego prdu solenoidu moe by róny dla tych samych wartoci zadanych (rónice w przeprowadzaniu krzywych) za
przyjem redni arytmetyczn min. i max. przeduenia prostoliniowego odcinka wykresu.

Uwaga 2. : Z powodu tego, i o rzdnych nie zaczyna si od 0, odczyt bezporedni I_k z osi odcitych jest obarczony wikszym bdem. Aby zminimalizowa bd, odczytuj wyniki z linii bdcej wykresem funkcji I_a=-20 [A].

Z pomiarów zamieszczonych w tabeli wida wyranie, e wzrost prdu solenoidu pociga za sob spadek prdu anodowego triody. Jest to spowodowane tym, e wzrost natenia prdu w solenoidzie pociga za sob wzrost natenia pola magnetycznego (prawo Biota-Savarta)^*. Poniewa pole B wytworzone przez solenoid przenika przez triod, na elektrony poruszajce si w triodzie dziaa sia Lorentza okrelona równaniem F=qvB*sin(v,B). Ulegaj one zatem odchyleniu, przy czym warto zakrzywienia toru jest wprost proporcjonalna do wartoci wytworzonego przez solenoid pola B. Pomiary pokazuj wyranie, e dla pewnych ustalonych wartoci natenia prdu solenoidu nie wystpuje spadek natenia (lub wystpuje bardzo may) prdu anodowego. Prawdopodobnie przyczyna tego jest fakt istnienia silnego oddziaywania kulombowskiego, miedzy ujemnymi elektronami i dodatni katod, o wiele mocniejszego od oddziaywania z zewntrznym polem B. Przekroczenie okrelonej wartoci indukcji B (czemu odpowiada prd
w przyblieniu równy 0.33 A) wyranie prowadzi do zmniejszenia prdu anodowego (silne zakrzywienie toru).

Analizujc wpyw poszczególnych bdów na bd stosunku e/m wida, i wpyw bdu pomiaru d (odlego siatki od anody, bd niezaleny od wykonujcego dowiadczenie) jest stosunkowo duy. Wynosi on ca. 12.5% !!. Wpyw bdów pomiarów U i I_k wynosz odpowiednio 5.2 i 4.5 %. Ostateczny wynik : e/m = (1.98 ± 0.44) * 10¹¹ C/kg.