Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
ожидать, что когда центробежный потенциал у т (И^)2 при г=7?
превосходит еУв (рис. 8), ток в лампе прекратится. Пороговая величина магнитного поля следует из определения а*ь и равна
Рис. 8.
еН У тУі
(21)
Поместите диод в соленоид и, используя схему, изображенную на рис. 5, определите граничные поля В для нескольких значений потенциалов анода. Для проверки соотношения (21) начертите
210
график В2 в функции V. Используйте свои экспериментальные результаты для вычисления elm. Какова максимальная скорость электрона, если на диод подано напряжение 20 в? Чему равна ларморовская частота прецессии в герцах? Подумайте, каким образом можно определить эту частоту непосредственно?
Магнитное поле в центре соленоида, который имеет длину 10 см, внутренний диаметр 8 см и внешний диаметр 12,5 мм, составляет 0,7 величины поля длинного соленоида. Граничное условие, о котором мы здесь говорили, используется в мощном генераторе сантиметровых волн — магнетроне. В этом приборе вращающиеся пучки электронов индуцируют электромагнитные колебания в резонансной системе, которая вмонтирована в генератор.
Работа 3.4. ЭЛЕКТРОННЫЙ ДРОБОВОЙ ШУМ
В этой работе мы будем измерять шумы, возникающие в диоде в режиме, при котором достигается ток насыщения, и затем из результатов измерений определим заряд электрона. Как было отмечено в Р.3.2, стандартное отклонение в числе отсчетов, зарегистрированных в некоторый интервал времени, равно корню квадратному из среднего числа отсчетов за этот интервал. Таким образом, если г есть средняя скорость счета, a q — заряд, связанный с одним событием, то среднее квадратичное отклонение в величине собранного заряда за время At дается выражением
Как показано в П.3.2, в том случае, когда заряд попадает на #С-цепочку с постоянной времени т, среднее квадратичное отклонение Д<5 будет определяться соотношением
В Р.3.2 под д подразумевался заряд, протекающий при одном срабатывании счетчика Гейгера — Мюллера. В данном эксперименте флуктуации возникают из-за появления на аноде отдельных электронов, так что заряд д просто равен элементарному заряду е. При этом выражение (2) принимает вид
Соберите схему, показанную на рис. 1. Схема включения диода подобна схеме Р.3.3, за исключением того, что для питания накала используется постоянный ток от свинцового кислотного,аккумулятора. Питание накала переменным током 50 гц приводит к появлению нежелательной переменной составляющей в анодной цепи. Шумы диода необходимо усиливать приблизительно в сто раз, для того чтобы их можно было наблюдать на экране осциллогра-фической трубки с чувствительностью порядка 0,1 в/см.
AQ=VrAt q.
О)
(2)
(3)
211
Подайте на диод напряжение 150 в и с помощью реостата в цепи накала установите анодный ток, равный 5 ма. При этом падение напряжения на сопротивлении 10 ком в анодной цепи составит 50 е. С помощью реостата в цепи базы транзистора задайте ток коллектора, равный 1 ма. Тогда вы должны наблюдать на экране осцил-лографа шумовые импульсы с амплитудой несколько десятых вольта.
Рис. 1.
Теперь, чтобы найти е из формулы (3), остается определить флуктуацию заряда AQ и время релаксации т. Выразим соотношение (3) в более удобной для нас форме. Так как ?/¦=/, где / — ток диода, то соотношение (3) можно переписать в виде
ЄІХ (4)
2
Разрешая (4) относительно е, получаем наконец
*=2^. (5)
Для определения т и подайте контрольные синусоидальные импульсы на базу транзистора через сопротивление 1 Мом. Установите частоту следования импульсов равной 1 кгц и увеличивайте их амплитуду, пока величина наблюдаемого сигнала не превысит уровень шумов приблизительно в 10 раз. Затем повышайте частоту, пока амплитуда сигнала не упадет до 1/К2 = 0,707 своего первоначального значения. Эквивалентная схема транзистора
212
(рис. 2) была рассмотрена в Р.2.2 и Р.2.3. Частота синусоидального сигнала ус> для которой коэффициент усиления падает в 2 раз, определяется как ус=\/2пНС. Отсюда следует, что время релаксации
1 (6)
т -
2тс
Для определения Д<2 снова установите частоту следования импульсов равной 1 кгц и подберите их амплитуду так, чтобы среднее квадратичное напряжение суммарных импульсов, наблюдаемых на экране осциллографа, было в ]/2 раз больше среднего квадра-
База
э-1 -
4 Г
Ншшентор —о
Змиттер
Рис. 2.
Рис. 3.
тичного напряжения шумов. При этих условиях средние квадратичные напряжения контрольных и шумовых импульсов равны. Можете ли вы доказать это утверждение? В соответствии со схемой на рис. 3 для контрольного синусоидального сигнала имеем
У^КоСОБО)*. (7)
Подводимый ток будет определяться как
/ = ^ = ^соз< (8)
а заряд на емкости будет
<2 = /т = ^со5й>г. (9)
Наконец, среднее квадратичное отклонение в величине заряда будет равно
А(^7Т=71^- (10)
Определите с помощью осциллографа величину У0 и подсчитайте по формуле (10). Наконец, подставьте Дф в формулу (5) и найдите е. Выразите / в амперах и — в кулонах. Тогда вы должны получить заряд электрона также в кулонах
е=(1,60210 ± 0,00007). 10-" к. (11)
213
Сравните полученную вами величину е с общепринятым значением. Определите принципиальные источники ошибок и оцените их вели* чины. Можете ли вы объяснить расхождение между полученным вами значением е и величиной, приведенной выше?
