Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
тенциал (эрг/см*)4*
Напряженность Е в/м
электрического
поля (эрг-см)^1/сек (эрг/см?)*?*/сек
Электрический ток I ампер (а)
Плотность элек- І а/м*
трического тока гаусс (гс) — (эрг/см3)***
Индукция магнит- В вебер/метр (вб/м)
ного поля
Сопротивление Ц = У/1 сек/см ом (ом) = в/а
Емкость С-=С}/У см фарада (ф) = к/в
Индуктивность Ь^У/(й1/Ш) сек2/см генри (гн)=в-сек/а
В лаборатории, как и большинство физиков, мы производим наши измерения в смешанной системе единиц, используя амперы, вольты, гауссы и сантиметры. Вот пример таких смешанных единиц:
электрическое поле Е в/см,
плотность тока / а/см2,
удельное сопротивление р=}1Е ом-см. Возможна еще худшая смесь, например константа Холла, измеряемая в единицах в*см/а-гс. Мы будем пользоваться системой СГС для всех теоретических выражений. Это означает, что, написав некоторый символ в уравнении, мы понимаем, что соответствующая физическая величина измерена в системе СГС. Иногда мы будем
11
делать вычислений в системе СИ или в смешанннй системе единиц; при этом мы всегда будем писать наименование единиц. Нам необходимо иметь несколько относительно простых способов перехода от одной системы единиц к другой. Для этого мы используем два приблизительно точные соотношения:
1 к = 3-10в ед. СГСц, или 1 ед. СГСЧ = (3.109)-1 к
и
1 в = (1/300) ед. СГС^, или 1 ед. 0X^ = 300 в.
Мы будем стараться сводить преобразование к этой паре или объединять такие величины, как НС или которые имеют размерность времени и измеряются в секундах в любой системе единиц. Часто удобно использовать единицы, относящиеся к нашим основным величинам, как целая степень десяти. Например, мы можем измерять длину в метрах, километрах (Ю3 л), сантиметрах (Ю-2 м), миллиметрах (10~8 м), микронах (Ю-6 м) или ангстремах (10~10 м). Каждая из этих единиц находит свое применение при описании физического явления определенного масштаба. Например, мы думаем о расстоянии между городами в километрах, а обычные лабораторные измерения производим в сантиметрах. Как правило, для обозначения производных единиц мы используем приставку, ставя ее перед основной единицей. Приведем таблицу наиболее часто используемых приставок и несколько примеров их употребления.
Степенной множи- Приставка Примеры и сокращения
тель
Ю*2 Тера
10» Гига Гигагерц (Ггц)
10е Мега Мегагерц (Мгц)
103 Кило Килогерц (кгц), килоом (ком)
Ю-2 Санти сантиметр (см)
Ю-3 Милли миллиампер (ма), миллигенри (мгн), милливольт (мв)
10-« Микро микроампер (мка), микрофарада (мкф), микросекунда
ю-» Нано (мкеек), микрогенри (мкгн)
наносекунда (нсек)
Ю-12 Пико пикофарада (пф), пикосекунда (псек)
РАЗДЕЛ 1
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ МЕХАНИКИ
Работа 1.1. УСКОРЕНИЕ И ОТКЛОНЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ
Серия лабораторных опытов начинается с экспериментального изучения ускорения и отклонения электронов. Мы подойдем к этой задаче как экспериментаторы, знакомые с ньютоновской механикой. При этом мы уверены, чю ньютоновская механика достаточно точно описывает движение макроскопических тел, когда их скорости малы по сравнению со скоростью света с=2,99792« 1010 см/сек. Масса электрона приблизительно равна 9,109- Ю-28 г. Силы, действующие в этом опыте, будут порядка 10~8 дин, а энергия имеет порядок 10~9 эрг. Применим ли критерий, который мы приняли для макроскопических тел, к микроскопическим телам, например к электрону?
Мы будем проводить наши исследования с помощью электроннолучевой трубки, которая обычно называется катодно-лучевой. Это название возникло в середине XIX века во время изучения электрических разрядов в газах при низком давлении. В таких разрядах можно наблюдать синеватые лучи, исходящие из катода. Эти катодные лучи не что иное, как флуоресценция атомов газа, возбужденная электронным потоком.
В дальнейшем при изучении быстро меняющихся электрических явлений электронно-лучевая трубка будет нашим основным прибором. Здесь мы используем ее для исследования отклонения электронов, что позволит познакомиться с физикой этого замечательного прибора.
Прежде чем рассмотреть принцип действия электронно-лучевой трубки, вспомним с помощью простых рисунков, как происходит отклонение и ускорение частиц в силовых полях. Рис. 1, а — г иллюстрируют обычную механику движения тела в поле силы тяжести, а рис. 1, »3, е — сложение импульсов и скоростей. На рис. 2, а — е показаны соответствующие соотношения для электронов в электрическом поле. Мы видим, таким образом, прямую аналогию между этими двумя чрезвычайно сходными задачами.
13
Рис. 1. На массу М у поверхности Земли действует сила тяжести Рг=^&^ ?=980 см/ськ2 {а). Если масса М свободна, она падает с постоянным ускорением аг, определяемым из уравнения Ма2=Рг, причем о.%=.% (б). За время падения t она приобретает импульс Ми^Рг1
(е) и кинетическую энергию -^-Мч*, равную работе поля Л1?& (г). Если мы приложим на
время Д*=//1>г поперечную отклоняющую силу Р^, масса приобретает поперечный импульс ^х=МахМ=Р:хЫ (д) и отклонится на угол т>, tg^ft=va/vz
ь
Рис. 2- На электрон с зарядом —е, находящийся между заряженными сетками, действует сила Рг=—еЕг=*еУ/И (а). Если потенциал нижней сетки положителен, электрон будет сдвигаться вниз с постоянным ускорением, определяемым из уравнения, таг——еЕг=еУ/Ь (б). За время ускорения / электрон приобретет импульс тг>2~Ре1 (в) к кинетическую энергию,
