Способ исследования движения электронов в электрических и магнитных полях Советский патент 1989 года по МПК G09B23/18 

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 ЭЛТ, содержащую электронную пушку 1, нижние отклоняющие пластины 2, выполняющие роль горизонтальной корректировки электронного луча, верхние отклоняющие пластины 3, выполненные в виде плоского конденсатора с параллельными обкладками, прямолинейный проводник 4, расположенный на цилиндрической горловине 5 ЭЛТ 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 твлено релятивистскими свойствами пространства и времени. Взаимодействие движущихся зарядов осуществляется не только к у- лоновской силой, но и силой другой природы, называемой магнитной и являющейся величиной второго порядка малости по v/c относительно кулонов-

4 1

to

СО 4.

J 1

ского взаимодействия, где v - скорость электрического заряда, с - скорость света. Следовательно, магнитная сила проявляется при достаточно больших скоростях заряженных частиц.

При малых скоростях зарядов она заметна, если электрическое кулонов- ское взаимодействие по к г 1 им-то причинам не проявляется, напимер при наличии электрического тока в проводнике, так как электрическое поле движущихся зарядов экранируется электрическим полем зарядов проводника противоположного знака.

Создаваемый электронной пушкой 1 ЭЛТ электронный луч попадает в область, где одновременно может существовать магнитное поле, создаваемое током прямолинейного проводника 4, а также однородное электрическое поле, создаваемое верхней парой отклоняющи пластин 3. При движении электрона параллельно прямолинейному проводнику с током величина магнитной си- лы FMOIfvl , действующей на движущийся заряд, определяется выражением, вытекающим из закона Кулона и релятивистской теории относительности, 1

,21,

-) ev ,

(1)

м«ги 4ТЈсс чу где I - сила тока в проводнике;

е - заряд электрона;

Ј„- электрическая постоянная;

у - расстояние от проводника до

заряда.

Под действием этой силы электроны в своем движении будут отклоняться, что приведет в конечном итоге к смещению электронного луча на экране 6 ЭЛТ. Подбором величины тока через прямолинейный проводник 4 создают смещение луча на 20-30 мм от центра экрана 6. Подают напряжение на отклоняющие пластины 3 и, регулируя его величину , добиваются компенсации действия магнитной силы силой электрической Fэл создаваемой полем плоского конденсатора, т.е. Fwark F3 , или

eUjnA d

L

41ТЈ0с

,21. г ) ev

(2

де d - расстояние между отклоняющими пластинами;

U,

- напряжение на пластинах,

Компенсацию регистрируют по возвра- щению электронного луча в центр экрана 6 и измеряют значение тока I и

0 «

напряжения UM , а также ускоряющего напряжения U yCk

Скорость движения электронов определяют по величине ускоряющего напряжения

-Ft

v)Ck

(3)

где тп - масса электрона.

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

JQ15

20 25

Id I2 Ј U«K

(4)

30

21Г&„у Un, Не изменяя величины полей, подключают последовательно с отклоняющими пластинами 3 конденсатор 7 известной емкости С0. Теперь напряжение рас- распределится 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, U-Uru

СРЛ С о

и

(5)

п

5

0

5

где И - напряжение на последовательном соединении добавочного конденсатора и отклоняющих пластин.

Используя формулу емкости плоского конденсатора

Ј,S

d

где S - площадь одной из отклоняющих пластин, определяют электрическую постоянную CoCtMJju d иПлЗ

С(1л

Ес

(6)

(7)

50

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

IS

U,

(8)

55

JiiLi LN 21,С0(и-ипд) Использование предлагаемого способа исследования движения электронов в электрическом и магнитном полях обеспечивает по сравнению с существующими способами экспериментальную проверку и подтверждение теоретичес мм

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.