Способ исследования движения электронов в электрических и магнитных полях

 

Изобретение относится к способам исследования физических явлений в учебном процессе. Цель - расширение возможностей исследования движения электронов в электрическом и магнитном полях путем демонтстрации релятивистской природы магнетизма. Способ исследования движения электронов в электрических и магнитных полях заключается во взаимной компенсации отклонений электронного луча ЭЛТ, вызываемых взаимно перпендикулярными электрическим и магнитным полями, действующими на пучок электронов, движушийся перпендикулярно к обоим полям, и измерении отклоняющего напряжения и тока. Для достижения цели дополнительно измеряют ускоряющее напряжение, определяют электрическую постоянную путем изменения напряжения между отклоняющими пластинами, а затем определяют скорость света. 1 ил.

СО103 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 09 В 23/18

OllNCAHHE HSO PETEHgFI

М А ВТОРСМОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬП ИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4220782/31 — 12 (22) 01 . 04. 87 (46) 15.04.89. Бюл. 9 14

,71) Львовский государственный университет им. Ив. Франко и Львовский лесотехнический институт

;72) !О.M. !Орищин, В.П. Савчин, В.И. Вайданич и И.М. Стахира

,53) 001; 8,(088. 8) . (56) Черкашин В.П. Физика электричества и магнетизм. Лабораторные работы. 11етодическое пособие К., 1986, с. 94-99. (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВ1ИЕНИЯ

ЭЛЕКТРОНОВ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ПОЛЯХ (57) Изобретение относится к способам исследования физических явлений в учебном процессе. Цель — расширение

Изобретение относится к способам исследования физических явлений в учебном процессе.

Целью изобретения является расширение возможностей исследования движения электронов в электрическом и магнитном полях путем демонстрации релятивистской природы магнетизма.

На чертеже представлен пример реализации способа.

Устройство представляет собой ЗЛТ, содержащую электронную пушку 1, ниж— ние отклоняющие пластины 2, выполняющие роль горизонтальной корректировки электронного луча, верхние отклоняющие пластины 3, выполненные в виде плоского конденсатора с параллельными обкладками, прямолинейный проводÄÄSUÄÄ 1472940 А1 возможностей исследования движения электронов в электрическом и магнитном полях путем демонстрации релятивистской природы магнетизма. Способ исследования движения электронов в электрических и магнитных полях заключается во взаимной компенсации от- клонений электронного луча ЗЛТ, вызываемых взаимно перпендикулярными электрическим и магнитным полями, действующими на пучок электронов, движущийся перпендикулярно к обоим полям, и измерении отклоняющего напряжения и тока. Для достижения цели дополнительно измеряют ускоряюцее на— пряжение, определяют электрическую

С> постоянную путем изменения напряжения между отклоняющими пластинами, а за- . тем определяют скорость света. 1 ил.

2 ник 4, расположенный на цилиндрической горловине 5 ЗЛТ на уровне отклоняющих пластин 3, длина которого равна длине пластин, флуоресцентный экран 6, добавочный конденсатор 7.

Способ заключается в следующем.

Известно, что закон Кулона, описывающий взаимодействие неподвижных электрических зарядов, недостаточен для анализа взаимодействия движущихся зарядов, и это обус .овлено релятивистскими свойствами пространства и времени. Взаимодействие движущихся зарядов осуществляется не только ку— лоновской силой, но и силой другой

1 природы, называемой магнитной и являющейся величиной второго порядка малости по v/с относительно кулонов14729 ского взаимодействия, где v — скорость электрического заряда, с - скорость света, Следовательно, магнитная сила проявляется при достаточно

5 больших скоростях заряженных частиц.

При малых скоростях зарядов она заметна, если электрическое кулоновское взаимодействие по каким-то причинам не проявляется, напимер при наличии электрического тока в проводнике, так как электрическое поле движущихся зарядов экранируется электрическим полем зарядов проводника противоположного знака. 15

Создаваемый электронной пушкой 1

ЭЛТ электронный луч попадает в область, где одновременно может существовать магнитное поле, создаваемое током прямолинейного проводника 4, а 20 также однородное электрическое поле, создаваемое верхней парой отклоняющих пластин 3. При движении электрона параллельно прямолинейному проводнику с током величина магнитной си- 25 лы Е,, действующей на движущийся заряд, определяется выражением, вытекающим из закона Кулона и релятивистской теории относительности, !

,2I (1)

4 п,с у где I — сила тока в проводнике; е — заряд электрона; электрическая постоянная; у — расстояние от проводника до заряда.

Под действием этой силы электроны в своем движении будут отклоняться, что приведет в конечном итоге к сме— щению электронного луча на экране 6 40

ЭЛТ. Подбором величины тока через прямолинейный проводник 4 создают смещение луча на 20-30 мм от центра экрана 6. Подают напряжение на отклоняющие II$IBcTHHbl 3 и регулируя 45 его величину, добиваются компенсации действия магнитной силы силой электрической F>, создаваемой полем плоского конденсатора, т.е. F „ н =Рдл или

50 — (— ) еч, (2)

eUn 1,2I

d 4ГЕс у ! где d — расстояние между отклоняющими пластинами;

U напряжение на пластинах.

Компенсацию регистрируют по возвращению электронного луча в центр экрана 6 и измеряют значение тока I u

4 напряжения U „„, а также ускоряющего напряжения U „« .

Скорость движения электронов определяют по величине ускоряйщего напряжения е

v= 2 — U

)сс (3) где m — масса электрона.

Соотношение (2) с учетом (3) можно использовать для определения фундаментальной физической постоянной скорости света (4) пластин.

Используя формулу емкости плоского конденсатора

EñS (6) где S — площадь одной из отклоняющих пластин, определяют электрическую постоянную

Со .(! U пл) (7)

1-1 пл

С учетом выражения (7) формула (4) для скорости света в вакууме принимает вид с=

Использование предлагаемого способа исследования движения электронов в электрическом и магнитном полях ! обеспечивает по сравнению с существующими способами экспериментальную проверку и подтверждение теоретичесНе изменяя величины полей, подключают последовательно с отклоняющими пластинами 3 конденсатор 7 известной емкости С,. Теперь напряжение расраспределится между двумя конденсаторами, соответственно электрическое поле отклоняющих пластин уменьшится и электронный луч сместится с центра экрана. Увеличивая напряжение, добиваются возвращения луча в центр экрана, что произойдет, когда напряжение на верхних пластинах станет равным предыдущему. Учитывая, что заряд на двух конденсаторах одинаков, определяют емкость конденсатора, образованного отклоняющими пластинами, С„„=С (5) пл где U — напряжение на последовательном соединении добавочного конденсатора и отклоняющих параметров. скорости света.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Способ исследования движения электронов в электрических и магнитных

Ф полях, включающий взаимную компенсацию отклонений электронного луча в

Составитель Л. Прохорова

Редактор А. Маковская Техред А. Кравчук Корректор Л. Зайцева

Заказ 171 6/50 Тираж 470 Подписное

ВНКИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101

5 !4 ких положений релятивистской природы магнетизма в учебном процессе. .Это возможно благодаря комплексному определению скорости электронов по величине ускоряющего напряжения, электрической постоянной непосредственно из экспериментального определения электрической емкости отклоняющих пластин и вычисления на основе этих

72940 6 электронно-лучевой трубке, вызываемых вха им но пе рпе нди куля рными элек трическтм и магнитным полями, которые перпендикулярны к электронному лучу, 5 и измерение отклоняющего напряжения и тока, отличающийся тем, что, с целью расширепия возможностей исследования движения электронов в электрическом и магнитном полях путем демонстрации взаимосвязи релятивизма и магнетизма, дополнительно измеряют ускоряющее напряжение, определяют электрическую постоянную путем изменения напряжения между отклоняющими пластинами электронно-лучевой трубки, а затем с учетом этих параметров рассчитываот скорость света,