Индукцию магнитного поля Земли можно определить с помощью электроннолучевой трубки.

При движении электрона (как и любого другого заряда) со скоростью u в магнитном поле с индукцией B на него действует сила Лоренца:

Эта сила перпендикулярна к магнитному полю, так и к направлению движения электронов. Если u перпендикулярна B то электрический заряд будет двигаться по окружности, при этом сила Лоренца проявляется как центростремительная

(4.13)

Для наблюдения этого явления электроны разгоняются в электрическом поле с разностью потенциалов U. Пройдя это поле, заряды приобретают кинетическую энергию:

(4.14)

Из (4.13) и (4.14) следует, что

(4.15)

Таким образом, для нахождения индукции B следует определить величины U, R.

В работе для генерирования электронов, придания им направленной скорости и их фокусировки служит электроннолучевая трубка.

Здесь К - катод; М - управляющий электрод. Электроды А1 и А2 - первый и второй аноды. Схема подачи напряжений, фокусирующих и ускоряющих электроны, показана на рисунке. В результате действия электрических полей формируется электронный луч и фокусируется в одну точку флюоресцирующего экрана. Разность потенциалов ускоряющего электроны поля (напряжение между катодом и вторым анодом) измеряется вольтметром. Рассмотрим действие магнитного поля Земли на электронный пучок, вылетевший из «пушки».

Для этого электроннолучевую трубку укрепим на стойках так, чтобы она могла вращаться вокруг оси, перпендикулярной к оси самой трубки. Расположим трубку с помощью магнитной буссоли (компаса) таким образом, чтобы ось вращения была перпендикулярна к плоскости магнитного меридиана. После такой установки трубки создадим в ней электронный пучок и сфокусируем его на флюоресцирующий экран. Светящаяся точка на экране займет при этом какое-то положение. Это положение светящейся точки не будет совпадать с ее положением на экране при отсутствии магнитного поля. Она будет смещена от этого положения на некоторое расстояние. Измерение величины смещения позволит, как увидим ниже, определить радиус дуги окружности, по которой двигаются электроны.

Пусть на рисунке 4.5 точка А2 - конец электронной пушки; ВВ1 - экран трубки; О - точка, куда попадали бы электроны, если бы не было магнитного поля; В - точка нахождения святящегося пятна на экране трубки; А2В - дуга окружности, по которой двигаются электроны, R - радиус окружности этой дуги. При этом предполагается, что магнитное поле Земли в данной области пространства перпендикулярно к плоскости чертежа. Обозначая смещение ОВ через l, а расстояние от конца пушки до экрана А2O через L, можно найти радиус из треугольника АВС

или

Откуда (4.16)

Используя (4.16), перепишем (4.15):

(4.17)

Формула (4.17) - расчетная формула для нахождения индукции магнитного поля Земли. Величина U измеряется вольтметром, значения массы и заряда электрона берется из таблицы, L - постоянная прибора. Для определения величины l поступим следующим образом. Величина смещения l зависит от расположения оси трубки относительно направления напряженности магнитного поля. Это отклонение будет наибольшим тогда, когда ось трубки и напряженность магнитного поля будут взаимно перпендикулярны, и равно нулю при совпадении направления напряженности магнитного поля с осью трубки, то есть с направлением скорости электронов. Поворачивая трубку около оси ее вращения то в одну, то в другую сторону и отмечая карандашом положения светящейся точки на экране при максимальных ее отклонениях, можно, измерив расстояние между этими точками, найти l , которое, очевидно, будет равно половине расстояния между указанными точками.

Из (4.17) следует, чем больше расстояние L, тем больше будет смещение электронного луча. Поэтому желательно использовать электроннолучевую трубку, у которой L достаточно большое (длинные трубки).

Для того, чтобы повысить точность измерений, следует уменьшить ускоряющее напряжение второго анода. Его можно уменьшить в два, три раза по сравнению со значениями, которые рекомендуются в технических условиях эксплуатации электроннолучевой трубки.

В данной установке необходимо использовать электроннолучевые трубки без дополнительных послеускоряющих анодов.

Если использовать электроннолучевые трубки с дополнительными ускоряющими анодами, то на них необходимо подавать напряжение равное напряжению второго анода.

Все отклоняющие пластины электроннолучевой трубки соединяются со вторым анодом. Для устранения влияния электрических полей необходимо электроннолучевую трубку поместить в электростатический экран. Таковым экраном может служить алюминиевая фольга. На этот экран подается потенциал равный потенциалу второго анода.