Телтронная трубка (названная в честь Teltron Inc., которая сейчас принадлежит 3B Scientific Ltd.) — это тип электронно-лучевой трубки, используемой для демонстрации свойств электронов . Компания Teltron выпускала несколько различных типов трубок, включая диод, триод, трубку «Мальтийский крест», простую отклоняющую трубку с флуоресцентным экраном и ту, которая могла использоваться для измерения отношения заряда к массе электрона. [1] Последние две содержали электронную пушку с отклоняющими пластинами. Лучи можно изгибать, прикладывая напряжение к различным электродам в трубке или удерживая магнит рядом. Электронные лучи видны как тонкие голубоватые линии. Это достигается путем заполнения трубки гелием (He) или водородом (H 2 ) низкого давления. Несколько электронов в луче сталкиваются с атомами гелия, заставляя их флуоресцировать и излучать свет.
Обычно их используют для изучения электромагнитных эффектов, поскольку они показывают, как на электронный луч влияют электрические и магнитные поля, такие как сила Лоренца .
Заряженные частицы в однородном электрическом поле следуют параболической траектории , поскольку член электрического поля ( силы Лоренца , действующей на частицу) является произведением заряда частицы и величины электрического поля (ориентированного в направлении электрического поля). Однако в однородном магнитном поле заряженные частицы следуют круговой траектории из-за перекрестного произведения в члене магнитного поля силы Лоренца. (То есть сила от магнитного поля действует на частицу в направлении, перпендикулярном направлению движения частицы. См.: Сила Лоренца для более подробной информации.)
Аппарат «Телтрон» состоит из электронной отклоняющей трубки типа «Телтрон», стенда «Телтрон», источника питания ЭГТ ( 0–5000 В постоянного тока , переменный).
В вакуумированную стеклянную колбу наливается водородный газ (H 2 ), так что в трубке образуется атмосфера водорода при низком давлении около 1 Па . Давление таково, что электроны как можно меньше замедляются столкновениями (изменение кинетической энергии), число столкновений мало, но достаточно для излучения видимого света. Внутри колбы находится электронная пушка . Она состоит из нагревательной спирали, катода и анодного отверстия. Из катода ( - ) испускаются электроны и ускоряются электрическим полем по направлению к положительно заряженному аноду ( + ). Через отверстие в аноде электроны покидают систему формирования пучка и пучки цилиндров Венельта .
Когда нагреватель находится под напряжением, нагревательная катушка заставит электроны выходить из нее из-за термоионной эмиссии . В электрическом поле между анодом и катодом электрическое поле действует на электроны, которые ускоряются до высокой скорости, так что электроны выходят через небольшое отверстие в аноде в виде электронного пучка. Только когда ток катушки включен, на пучок будет действовать сила и изменять его направление. В противном случае он сохранит свою скорость. Однако если ток катушки включен, сила Лоренца направит электроны на круговую орбиту.
Чем выше ток катушки, тем сильнее магнитное поле и, следовательно, меньше радиус круговой траектории электронов. Сила магнитного поля и сила Лоренца пропорциональны друг другу, так что, когда сила Лоренца увеличивается. Большая сила Лоренца будет сильнее отклонять электроны, поэтому орбита будет меньше. Сила Лоренца всегда перпендикулярна мгновенному направлению движения и допускает центростремительное круговое движение. Величина скорости и, следовательно, кинетическая энергия не могут измениться:
Отсюда получаем величину удельного заряда электрона
Определение скорости производится с использованием закона сохранения энергии.
За этим, наконец, следует
Удельный заряд электрона имеет значение
Поскольку заряд электрона известен из эксперимента Милликена , изучение электронов в магнитном поле заключается в определении его массы в соответствии с:
Аналогичные концепции взвешивания заряженных частиц можно найти в масс-спектрометре .
