Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
1 ед. СГСЭч1сек,
37
а также выразить ускоряющий потенциал V2, измеренный в вольтах, через гауссовы единицы согласно соотношению
1 в = — ед. СГСЭУ.
Наилучшее современное значение отношения е/т равно -^- = 5,2727-1017 (в гауссовых единицах).
Какое значение получили вы? Каковы принципиальные источники ваших ошибок? Как можно создать более совершенный прибор *)? Может быть вы заметили, что когда ход винтовой линии р был кратен L, электронное пятно было наиболее резким. Это наблюдение показывает, что постоянное магнитное поле фокусирует электронный пучок. Изменим отклоняющий потенциал Vd, чтобы слегка дефоку-сировать пучок электронов. Теперь увеличим магнитное поле В и будем наблюдать периодичность фокусировки и дефокусировки пучка. Можете ли вы объяснить с помощью рис. 6, каким образом магнитное поле фокусирует электронный пучок? Используйте условие фокусировки для получения улучшенного значения elm. Каково теперь расстояние L?
Работа 1.4. ВРЕМЯ ПРОЛЕТА ЭЛЕКТРОНОВ
В трех предыдущих работах нас интересовали прежде всего траектории электронов в электрических и магнитных полях. Мы не проявляли особенного интереса к скорости, с которой электроны движутся по своим траекториям. В этой работе мы проведем прямое измерение времени пролета электронов в катодно-лучевой трубке.
Прежде чем рассмотреть методику опыта, полезно получить некоторое представление о порядке величины скорости и времен пролета электронов. Формула (1) Р. 1.1 связывает кинетическую энергию электрона и потенциал
72mi>i = eI/2. (1)
Здесь V*— электростатический потенциал отклоняющей области по отношению к катоду. Решая это уравнение для скорости электрона, получаем
vz = V^JmYK (2)
Подставляя значение e/m=5,2727-1017 (гауссовых единиц), получаем
ve = 1,0269 • 10е У VI см/сек,
*) Описание современной трубки см. H. V. H е h е г, Amer. J. of Phis. 29, 471 (1961).
33
где 14 выражено в ед. СГСЭ^ Полезно запомнить, что электрон, который получил ускорение под действием 300 в (что равно 1 ед. СГСЭУ), достигает скорости -~10е см/сек.
Циклотронная частота в поле В дана формулой (1) Р. 1.3
еВ
со =—, (3)
где В выражено в гауссах. Подставляя величину е!т в (3), мы получаем для частоты (число циклов в секунду):
Л? = 1г = 2'7994 Ма*Ч-
В поле 100 гс электрон вращается с частотой, примерно равной 280 Мгц. Период вращения Т~ 1Л>^3,6 нсек («дас=10-" сек). Сколько оборотов совершит электрон в поле 100 гс при движении от центра вертикально отклоняющих пластин к экрану, расположенному на расстоянии в 15жсл*? Один из способов такого подсчета состоит в том, чтобы сначала определить ход винтовой линии
_ *>* _ Юр __ о с Р ~~ V ~ 280-10« ~~ СМ*
затем количество оборотов, равное длине Ь, деленной на величину р:
}. ^ 15 _ ^
Л" р ~ 3,6 =
Другой способ рассмотрения этой задачи — подсчитать время, которое требуется электронам для движения от вертикально отклоняющих пластин до экрана:
г= — —-г™-~15 нсек.
V 108
Теперь заметим, что число циклов равно этому времени, деленному на период вращения
__I 15 ,
п*~ Т 3,6 ~
В Р. 1.3 мы придерживались первого способа, так как нас интересовал прежде всего путь электрона. В этом опыте мы рассмотрим второй способ, так как нас интересует измерение времени.
Первое измерение скорости катодных лучей было сделано профессором Вихертом **). Остроумное приспособление, использованное им, показано на рис. 1. Пучок электронов направляется в область между парой отклоняющих пластин, непосредственно за которой помещается диафрагма, содержащая маленькое отверстие.
*) Согласно принятым у нас обозначениям единица частоты колебаний, равная 1 циклу в секунду, называется герцем (гц). (Прим. ред.) **) См. Ann. d. Phys. Chem. 69, 739 (1899).
39
Между этим устройством и флуоресцирующим экраном находится вторая пара таких же отклоняющих пластин и второе отверстие.
Вихерт прикладывал к двум парам пластин высокочастотное отклоняющее напряжение, подбирая такую амплитуду и частоту,
Рис. 1.
чтобы наблюдать пятно на экране. Электронный пучок будет иметь максимальную интенсивность тогда, когда отклонение первого отверстия от траектории электронов будет минимальным. Если частота отклоняющего сигнала достаточно мала, то вторая пара отклоняющих пластин также отклонит пучок вниз. Однако, если
Рис. 2.
частота такова, что электрон проходит расстояние Л? за четверть цикла, пучок почти не будет отклоняться при прохождении через вторую пару пластин и попадет на экран. Если увеличить частоту, пучок будет отклоняться второй парой пластин вверх.
На рис. 2 показана зависимость разности потенциалов отклоняющих пластин от времени і. Там же пунктиром показана зависи-
40
мость от I координаты г электронного пучка. Для удобства мы предполагаем, что отклоняющая частота постоянна, а меняется скорость электрона. Заметьте, что только при определенных скоростях электронный пучок будет попадать на экран. Условие образования пятна заключается в том, что электроны должны пролететь расстояние Д/, за нечетное число четвертей периода:
Л1^2п+1 „V
