Wyznaczanie stosunku em elektronu 1


Cel ćwiczenia:

Praktyczne zapoznanie się ze zjawiskami ruchu elektronów w polu elektrycznym i magnetycznym oraz z metodami wyznaczania stosunku e/m elektronu.

Część teoretyczna (Opis zagadnień fizycznych).

Stosunek ładunku elektronu [e] do jego masy [m], zwany też ładunkiem właściwym elektronu, jest ważną stałą fizyczną występującą w równaniach balistyki i optyki elektronowej.

Na elektron znajdujący się w polu elektrycznym o natężeniu E działa siła:

0x01 graphic

Kierunek 0x01 graphic
jest przeciwny do kierunku 0x01 graphic
ze względu na ujemny ładunek elektronu (0x01 graphic
).

Prędkość elektronu nabyta w polu elektrycznym

0x01 graphic
.

Na elektron poruszający się z prędkością 0x01 graphic
w polu magnetycznym o indukcji 0x01 graphic
działa siła:

0x01 graphic

Opis układów pomiarowych.

I. Układ do pomiaru e/m metodą poprzecznego pola magnetycznego.

0x01 graphic

Do wytwarzania wiązki elektronów służy lampa oscyloskopowa. Pole magnetyczne jest wytwarzane przez dwie cewki Helmholtza (C1,C2), ustawione symetrycznie po obu stronach lampy. Natężenie prądu I płynącego przez cewki mierzono za pomocą amperomierza A.

Pole elektryczne wytwarza się między płytkami odchylania pionowego lampy oscyloskopowej, przez przyłożenie napięcia U. Do pomiaru tego napięcia służy woltomierz V.

Po włączeniu zasilania lampy oscyloskopowej i wstępnym wyregulowaniu jasności, ostrości i położenia zerowego plamki świetlnej na ekranie, włączono prąd do obwodu cewek i regulując jego natężenie przesunięto plamkę o zadaną wartość y. Następnie przesunięcie to skompensowano przez doprowadzenie do płytek odchylających odpowiednio dobranej wartości napięcia U, przy którym plamka powróci w położenie zerowe. Pomiary wartości I oraz U wykonano dla kilku wybranych wartości y (5, 10 i 15 mm).

URZĄDZENIA UŻYTE W ĆWICZENIU:

- zasilacz sieciowy typ LO-01

- zasilacz lampy oscyloskopowej typ ZO-501

- stabilizator napięcia typ SN-103

- stabilizator napięcia typ 111

- miliamperomierz LM-3, klasa 0,5

- woltomierz LM-3, klasa 0,5

Wychylenie plamki w dół:

y [mm]

I [mA]

U [V]

5

13.5

15.6

10

21.75

21.4

15

34.5

32.5

Wychylenie plamki w górę:

y [mm]

I [mA]

U [V]

5

12.5

11.8

10

22.75

23.3

15

34.5

35

II. Układ do pomiaru e/m metodą podłużnego pola magnetycznego.

0x01 graphic

Transformator zasilający umieszczony jest w oddzielnym bloku ze względu na konieczność zabezpieczenia lampy oscyloskopowej przed wpływem rozpraszającego pola magnetycznego o częstotliwości 50 Hz. Zasilacz prądu stałego umożliwia regulację ciągłą natężenia prądu w zakresie 0 - 1 A i zapewnia jego stabilizację.

Urządzenie pomiarowe składa się z lampy oscyloskopowej, umieszczonej współosiowo wewnątrz solenoidu. Do pomiaru napięcia przyspieszającego służy wbudowany do urządzenia woltomierz V. Solenoid zasilany prądem stałym z zewnętrznego źródła. Amperomierz A służy do pomiaru natężenia prądu płynącego przez solenoid. Wewnątrz wytwarzane jest jednorodne pole magnetyczne o indukcji B, skierowane wzdłuż osi solenoidu.

Po włączeniu prądu w obwodzie solenoidu i w miarę zwiększania jego natężenia świecący odcinek na ekranie ulega coraz większemu skręceniu i skróceniu. Przyczyną tego zjawiska jest zmiana torów elektronów z prostoliniowych na tory spiralne. Regulując natężenie prądu płynącego przez solenoid można uzyskać zredukowanie śladu wiązki elektronów na ekranie do punktu.

URZĄDZENIA UŻYTE W ĆWICZENIU:

- urządzenie do pomiaru e/m typ LIF-04 (zawiera lampę oscyloskopową, solenoid, woltomierz), klasa oscyloskopu 1,5

- transformator zasilający urządzenia pomiarowe typ LIF-04-026-2

- miliwoltomierz, klasa 0,5

- zasilacz prądu stałego do zasilania obwodu solenoidu typ SN-103, 0-25V (stabilizator napięcia.

wychylenie poziome(x)

solenoid U [V]

I [mA]

800

650-300=350

1100

690-300=390

1300

780-300=480

1500

720-300=420

wychylenie pionowe(y)

U [V]

I [mA]

800

700-420=280

1100

680-430=250

1300

760-440=320

1500

740-460=280

Część obliczeniowa.

Metoda poprzecznego pola magnetycznego.

n=650 - ilość zwojów w cewce

R=501 mm - promień cewki

d=4.00.1 mm - odległość płytek odchylających

l=111 mm - średnica obszaru działania pola magnetycznego

L=901 mm - odległość ekranu od punktu wejścia elektronu w pole magnetyczne

y=0.5 mm - dokładność odczytu położenia środka plamki

Indukcję magnetyczną B w obszarze środkowym między cewkami Helmholtza obliczono korzystając ze wzoru:

0x01 graphic

gdzie:

0x01 graphic
Vs/Am - przenikalność magnetyczna próżni ,

n - liczba zwojów,

I - natężenie prądu [A],

R - promień cewki [m](=0.05 m),

a następnie stosunek:

0x01 graphic
;

gdzie:

E = 0x01 graphic
- natężenie pola elektrycznego.

Przy wychyleniu plamki w dół:

1. Dane: y = 5 mm = 0.005 m

I = 13.5 mA = 0.0135 A,

U = 15.6 V,

d = 4.0 mm = 0.004 m.

E = 0x01 graphic
= 0x01 graphic

B = 0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Błąd bezwzględny obliczyliśmy korzystając z różniczki zupełnej :

0x01 graphic

- natomiast błąd względny ze wzoru :

0x01 graphic
;

gdzie r - wartość rzeczywista.

y [m]

e/m [C/kg]

dR (b.bezwzględny)

(b.względny)

0.005

2.113523 100x01 graphic

0.068791 100x01 graphic

8.217600

0.010

2.233974 100x01 graphic

0.053307 100x01 graphic

5.360959

0.015

2.022632 100x01 graphic

0.032124 100x01 graphic

3.015603

Przy wychyleniu plamki w górę :

y [m]

e/m [C/kg]

dR (b.bezwzględny)

(b.względny)

0.005

1.864714 100x01 graphic

0.080238 100x01 graphic

10.474401

0.010

2.223173 100x01 graphic

0.049185 100x01 graphic

6.735274

0.015

2.178218 100x01 graphic

0.032125 100x01 graphic

3.312672

Metoda podłużnego pola magnetycznego.

n/b=720050 zw/m - liczba zwojów na jednostkę długości solenoidu

lx=22,1 cm

ly=18,3 cm - odległości płytek odchylających od ekranu

Indukcję magnetyczną B pola magnetycznego skierowanego wzdłuż osi solenoidu wyznaczono ze wzoru:

0x01 graphic

Stosunek e/m ze wzoru:

0x01 graphic

Wychylenie poziome (x):

1.Dane: U = 800 V,

I = 350 mA = 0.35 A,

B = 0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

l0x01 graphic
= 0.221 m

U [V]

e/m [C/kg]

dR (b.bezwzględny)

(b.względny)

800

1.2897 100x01 graphic

0.001451 100x01 graphic

0.184317

1100

1.4282 100x01 graphic

0.001363 100x01 graphic

0.183159

1300

1.1142 100x01 graphic

0.001116 100x01 graphic

0.143432

1500

1.2857 100x01 graphic

0.001325 100x01 graphic

0.182442

wychylenie pionowe (y):

l0x01 graphic
= 0.183 m

U [V]

e/m [C/kg]

dR (b.bezwzględny)

(b.względny)

800

2.9388 100x01 graphic

0.003306 100x01 graphic

0.525018

1100

5.0689 100x01 graphic

0.004838 100x01 graphic

1.013723

1300

3.6563 100x01 graphic

0.003234 100x01 graphic

0.571424

1500

5.5103 100x01 graphic

0.004592 100x01 graphic

0.984143

Wnioski i uwagi.

- Metoda poprzecznego pola ma znaczenie poglądowe, ze względu na zbyt duże uproszczenia przyjętych założeń;

- W większości obliczeń wystąpił błąd systematyczny wynikający z przybliżonych wartości większości stałych;

- Wystąpił także inny błąd systematyczny (błąd pomiarów) spowodowany niemożliwością dokładnego odczytu wartości wskazywanych przez przyrządy (oscyloskopy).

2



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
WYZNACZANIE STOSUNKU EM ELEKTRONU wersja 2, Pwr MBM, Fizyka, sprawozdania vol I, sprawozdania część
WYZNACZANIE STOSUNKU em ELEKTRONU 1, Wyznaczenie stosunku em elektronu
Wyznaczanie stosunku em elektronu, Wyznaczenie stosunku em elektronu
Wyznaczanie stosunku em elektronu I METODA POPRZECZNEGO POLA MAGNETYCZNEGO
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
ćw 04 Wyznaczanie stosunku e do m elektronu, Fizyka
WYZNACZANIE STOSUNKU e m ŁADUNKU ELEKTRONU DO JEGO MASY METODA MAGNETRONU, SOL2
stosunek e do m ee, WYZNACZANIE STOSUNKU LADUNKU ELEKTRONU
Wyznaczanie stosunku e m ładunku elektronu do jego masy metodą magnetronu, 21
III15 Wyznaczanie stosunku em i Nieznany
(3)Wyznaczanie stosunku em
ćw 04 Wyznaczanie stosunku e do m elektronu, AM SZCZECIN, FIZYKA, FIZYKA- SPRAWOZDANIA

więcej podobnych podstron