Физика для любознательных. Том 3. Электричество и магнетизм. Атомы и ядра - [128]

Настройка: нужная радиостанция выбирается путем подстройки конденсаторов на резонанс.

Выпрямление: радиочастотные колебания выпрямляются.

Усиление: амплитуда радиочастотных или акустических колебаний, или тех и других одновременно, усиливается по величине, причем с возрастанием их мощности.

Выравнивание: импеданс одного каскада усиления выравнивается со следующим.

Воспроизведение: динамик излучает звуковые волны.

На фиг. 101 изображено несколько радиосхем. Ни одна из них не могла бы нормально работать. Они намеренно упрощены, чтобы легче было продемонстрировать основной принцип их действия.

Фиг. 101.Простейшие радиоприемники.

_{Нижний приемник в принципе должен работать, но практически едва ли мог бы работать. [Необходимо было бы устранить возможность возникновения собственных осцилляции в первом триоде. Анодную батарею следовало бы заменить питанием «от сети» (трансформатор + диод + сглаживающая дроссельная катушка + емкость). Катодный подогрев необходимо было бы осуществлять переменным током от трансформатора, а смещение на сетке создавать более сложным образом. Для получения избирательности в разумных пределах контур настройки нужно было бы заменить более сложным устройством.]} 

Опыт 9. Измерение е/m и скорости электронов. (Подробности зависят от находящейся в вашем распоряжении аппаратуры. Вам следует либо самим проделать эти опыты, либо посмотреть на их демонстрацию.)

Благодаря исключительно большой величине отношения е/m электроны были первыми обнаружены в качестве мельчайших осколков атомов. В тех же экспериментах было показано, что даже электроны, вылетевшие из электронной пушки с низким напряжением, движутся с громадными скоростями.

Проделайте эти важные измерения с потоком электронов из маленькой пушки. Для того чтобы найти для них е/m и их скорость, необходимо сделать два независимых опыта:

1) Исследовать действие электрического поля, создаваемого ускоряющим напряжением пушки.

2) Исследовать действие магнитного поля, закручивающего поток электронов по кругу.

Приборы и измерения

Узкий пучок электронов вылетает из простейшей электронной пушки, схематически изображенной на фиг. 102. Электроны, испарившиеся из раскаленной нити, ускоряются электрическим полем в направлении от нити к внешнему цилиндру. Поток этих электронов проходит через узкую щель в цилиндре. Все электроны вылетают с одинаковой кинетической энергией и движутся затем с постоянной скоростью. Измерьте ускоряющее напряжение пушки. Пучок электронов закручивается на круговую орбиту магнитным полем, создаваемым большой кольцевой катушкой. Измерьте радиус круговой орбиты. Для этого пучок необходимо сделать видимым.

Это можно осуществить, заставив пучок светиться. Его направляют или на плоский экран, покрытый каким-либо подходящим составом, или пропускают сквозь газ: пары ртути или водород при очень низком давлении. Диаметр орбиты измерьте с помощью линейки, держа ее поблизости. Проделайте необходимые измерения по определению величины напряженности магнитного поля, создаваемого катушкой.

Фиг. 102.Измерение v и e/m электрона.

Вычисления

1) Из измерения ускоряющего напряжения в пушке

а) Начните с алгебраических выкладок. Полагая, что электрон обладает зарядом е кулон, массой m кг и проходит в пушке разность потенциалов V в, напишите уравнение, согласно которому энергия, приобретенная электроном в пушке, равна его кинетической энергии в выходящем пучке.

б) Подставьте в это уравнение величину ускоряющего напряжения и вычислите e/mv².

2) На основании измерения размера орбиты в магнитном поле

Вспомним, что заряд в е кулон, двигаясь со скоростью v поперек магнитного поля, в центре кольцевой катушки испытывает действие силы, равной

где N — число витков в катушке радиусом R, I₂ — сила тока в катушке, выраженная в амперах.

F = 10^-7∙(ev)∙(H)

где H — напряженность магнитного поля, равная (I₂∙2πN)/R.

а) На основании ваших измерений вычислите величину H в ампер-витках на метр.

б) Напишите уравнение, согласно которому сила 10^-7∙(ev)∙(H) равна реальной силе, закручивающей траекторию электронов в круг радиусом r (обратите внимание, что r — это радиус орбиты, a R — радиус катушки).

в) Подставьте найденную величину Н и измеренное значение r в это уравнение и вычислите величину e/mv.

3) На основании этих двух результатов для e/mv² и e/mv вычислите v.

4) Вычислите е/m.

5) а) Выразите полученное вами е/m в виде числа, кратного е/М для ионов водорода, равного, согласно данным электролиза, 9,57∙10⁷ кулон/кг.

б) Вычислите отношение найденного вами значения к величине скорости света 3,0∙10⁸ м/сек.

Опыт 10. Регулировка и использование электронно-лучевого осциллографа.

Предостережение. Большая трубка осциллографа, как и все телевизионные трубки, дорога. Поэтому не оставляйте пятно неподвижным на экране и не «прожгите» экран. Если в течение некоторого времени пятно, оставляемое электронным лучом, стоит на одном и том же месте, экран повреждается. Опасность здесь точно такая же, как в случае солнечного луча, сфокусированного линзой на клочке бумаги. Если же пятно движется по экрану, то опасность порчи экрана отсутствует. Не оставляйте пятно неподвижным на экране в течение времени, большего чем несколько секунд. Заставьте пятно бегать по экрану, или расфокусируйте его, или поверните ручку интенсивности до того положения, когда пятно совсем исчезнет.