7wyznaczanie stosunku e m ładunku elektronu do jego masy met DOC


Wyznaczanie stosunku e/m adunku elektronu do jego masy metod magnetronu

Autor : Grzegorz Turek I inf. 11.III.1997

1. Cz teoretyczna.

Wanymi wielkociami charakteryzujcymi elektron s jago adunek e i masa m. Tor elektronu podczas jego ruchu w polu elektrycznym i magnetycznym zaley od konfiguracji tych pl oraz od stosunku e/m. adunku elektronu do jego masy. Jeeli konfiguracja pl jest zadana i znany jest z dowiadczenia tor elektronu w tych polach to mona wyliczy stosunek e/m. Na tym polegaj liczne metody pomiaru e/m. dla elektronu, jonw, i innych czstek naadowanych.

Sia magnetyczna FL jest zawsze skierowana prostopadle do prdkoci ruchu adunku, a wic ma charakter siy dorodkowej. W jednorodnym staym polu magnetycznym elektron porusza si po okrgu lub oglniej po spirali (jeeli czstka posiada skadow prdkoci rwnoleg do kierunku pola dookoa osi, ktr jest kierunek wektora indukcji pola magnetycznego.

W przypadku gdy na czstk dziaaj siy zarwno pola magnetycznego jak i elektrycznego, sia wypadkowa jest rwna:

0x01 graphic

Jednym z waniejszych przypadkw ruchu elektronw w polach elektrycznym i magnetycznym prostopadych do siebie, jest ruch elektronw w lampie zwanej magnetronem. Jedn z odmian magnetronu jest dioda prniowa o koncentrycznie rozmieszczonych elektrodach. Anoda jest cylindrem metalowym na osi ktrego znajduje si katoda, ktra take jest cylindrem o promieniu znacznie mniejszym od anody. Dioda ta znajduje si w jednorodnym polu magnetycznym, ktrego linie si s rwnolege do osi cylindrw.Rozmieszczenie elektrod w diodzie i przebieg linii si pola magnetycznego, a take przykadowe tory ruchu elektronw:

Przy takim usytuowaniu elektrod elektrony emitowane z powierzchni katody K poruszj si wzdu promieni w kierunku anodyA (oczywicie w nieobecnoci zewntrznego pola magnetycznego) . W obecnoci pola magnetycznego B na elektrony dziaa sia magnetyczna FL - prostopada do kierunku ich ruchu. Pod dziaaniem tej siy ruch elektronw jest bardziej zoony, a ich tory s krzywoliniowe. Dla ustalonego napicia anodowegoUa istnieje pewna krytyczna warto pola magnetycznego Bk, przy ktrej tory elektronw bd styczne do anody. Dla pola o wartoci B<Bk wszystkie elektrony wysyane z katody K docieraj do anody A i natenie prdu pyncego w magnetronie posiada t sam warto co bez pola magnetycznego. Dla pola B>Bk elektrony wysyane z katody K nie docieraj do anody A i prd w lampie zostaje przerwany.

Na rysunku: Ia = f(B) przy Ua = const.

Krzywa ilustrujca zaleno Ia = f(B) posiada charaktersyczny “ogon”, spowodowany niedokonaociami magnetronu jak: obecno resztek gazu w lampie, niedokadnie wsposiowym rozmieszczeniem katody i anody, przede wszystkim faktem, i elektrony biegnce od katody do anody maj rne prdkoci. Zwizane jest to z tym, e elektrony maj rne prdkoci termiczne.

2.Wyprowadzenie wzoru.

Poniewa sia magnetyczna peni rol siy dorodkowej:

0x01 graphic

a poniewa energia kinetyczna elektronu jest rwna pracy wykonanej nad nim przez pole elektryczne:

0x01 graphic

gdzie Ua - napicie anodowe.

Po prostych przeksztaceniach:

0x01 graphic

Schemat obwodu:

3. Obliczenia :

Odczytane z wykresu natenia krytyczne prdu solenoidu wynosz odpowiednio:

0x01 graphic
=4V 0x01 graphic
=0.38A

0x01 graphic
=6V 0x01 graphic
=0.44A

0x01 graphic
=8V 0x01 graphic
=0.5 A

0x01 graphic
=10V 0x01 graphic
=0.53A

Uwaga : Poniewa odczyt z wykresu natenia krytycznego prdu solenoidu moe by rny dla tych samych wartoci zadanych (rnice w przeprowadzaniu krzywych) za 0x01 graphic
przyjem redni arytmetyczn min. i max. przeduenia prostoliniowego odcinka wykresu.

Uwaga 2. : Z powodu tego, i o rzdnych nie zaczyna si od 0, odczyt bezporedni Ik z osi odcitych jest obarczony wikszym bdem. Aby zminimalizowa bd, odczytuj wyniki z linii bdcej wykresem funkcji Ia=-20 [A].

0x01 graphic

Bd wyznaczenia Ik:

0x01 graphic
A

Ik2 = 0.02 A

Ik3 = 0.04 A

Ik4 = 0.07 A

0x01 graphic

Ik=0.01 A

redni stosunek 0x01 graphic
=31.4 0x01 graphic
.

--------

Wyznaczenie wartoci n=0x01 graphic
, n- cakowita ilo zwojw solenoidu.

L - dugo solenoidu

N = 4164

L = 0.235m

std n=17719.15 0x01 graphic

-------

Obliczanie bdu wyznacenia stosunku 0x01 graphic
metod rniczki zupenej.

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

bd wzgldny procentowy:

0x01 graphic

4. Wnioski:

Z pomiarw zamieszczonych w tabeli wida wyranie, e wzrost prdu solenoidu pociga za sob spadek prdu anodowego triody. Jest to spowodowane tym, e wzrost natenia prdu w solenoidzie pociga za sob wzrost natenia pola magnetycznego (prawo Biota-Savarta)*. Poniewa pole B wytworzone przez solenoid przenika przez triod, na elektrony poruszajce si w triodzie dziaa sia Lorentza okrelona rwnaniem F=qvB*sin(v,B). Ulegaj one zatem odchyleniu, przy czym warto zakrzywienia toru jest wprost proporcjonalna do wartoci wytworzonego przez solenoid pola B. Pomiary pokazuj wyranie, e dla pewnych ustalonych wartoci natenia prdu solenoidu nie wystpuje spadek natenia (lub wystpuje bardzo may) prdu anodowego. Prawdopodobnie przyczyna tego jest fakt istnienia silnego oddziaywania kulombowskiego, miedzy ujemnymi elektronami i dodatni katod, o wiele mocniejszego od oddziaywania z zewntrznym polem B. Przekroczenie okrelonej wartoci indukcji B (czemu odpowiada prd 0x01 graphic
w przyblieniu rwny 0.33 A) wyranie prowadzi do zmniejszenia prdu anodowego (silne zakrzywienie toru).

Analizujc wpyw poszczeglnych bdw na bd stosunku e/m wida, i wpyw bdu pomiaru d (odlego siatki od anody, bd niezaleny od wykonujcego dowiadczenie) jest stosunkowo duy. Wynosi on ca. 12.5% !!. Wpyw bdw pomiarw U i Ik wynosz odpowiednio 5.2 i 4.5 %. Ostateczny wynik : e/m = (1.98 0.44) * 1011 C/kg.

Tablice fizyczne podaj, i wynosi on ca. 1.74 * 1011 C/kg.

* - 0x01 graphic



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
1wyznaczanie stosunku e m ładunku elektronu do jego masy met
WYZNACZANIE STOSUNKU e m ŁADUNKU ELEKTRONU DO JEGO MASY METODA MAGNETRONU, SOL2
Wyznaczanie stosunku e m ładunku elektronu do jego masy metodą magnetronu, 21
Wyznaczanie stosunku ładunku elektronu do jego masy - e-m, EEDOM, GLIWICE 23 III 1993 r
Wyznaczanie stosunku ładunku elektronu do jego masy - e-m, EDOM, Wyznaczanie stosunku ˙adunku elektr
wyznaczanie stosunku e-m ładunku elektronu do jego masy metodą magnetonu-1, LABORATORIUM Z FIZYKI
Gotowiec Wyznaczanie stosunku e m ładunku elektronu do jego masy metodą magnetronu
WYZNACZANIE STOSUNKU em ŁADUNKU ELEKTRONU DO JEGO MASY METODĄ MAGNETRONU
2 Wyznaczanie stosunku em ładunku elektronu do jego masy metodą magnetronu
2 Wyznaczanie stosunku em ładunku elektronu do jego masy metodą magnetronu poprawa
Ćw 2; Wyznaczanie stosunku em ładunku elektronu do jego masy metodą magnetronu
WYZNACZANIE STOSUNKU em ŁADUNKU ELEKTRONU DO JEGO MASY METODĄ MAGNETRONU
2 Wyznaczanie stosunku em ładunku elektronu do jego masy metodą magnetronu
Wyznaczanie stosunku e m ?unku elektronu do jego masy metodĄ magnetronu2

więcej podobnych podstron