Temat: Wyznaczanie ładunku właściwego
elektronów.

Wiedza teoretyczna:

1. Ruch elektronu w polu elektrycznym.

Jak wiemy na elektron, który znajduje się w polu elektrycznym działa siła:

Ponieważ siła ta działa wzdłuż lini sił pola elektrycznego to powoduje ona przyśpieszenie elektronu. Ładunek wykonuje więc prace:

Jeżeli elektron porusza się po drodze skończonej (z punktu a do punktu b) to praca wykonana przez niego wynosi:

Prawdą jest również zapis:

gdzie U - potencjałów pomiędzy punktami a i b

Praca którą wykonuje elektron zamienia się na jego energię kinetyczną:

m - masa elektronu

V - prędkość osiągnięta po przebyciu od punktu a do b

Jeżeli porównamy E_k i W to otrzymamy:

2. Ruch elektronu w polu magnetycznym:

Na elektron, który porusza się w polu magnetycznym działa siła:

Siła ta jest prostopadła do płaszczyzny którą tworzą wektor
i
a jej zwrot wyznaczamy z reguły śruby prawo skrętnej (wektor
przyjmujemy jako pierwszy a wektor
jako drugi). Należy pamiętać, że przy ładunku ujemnym należy zmienić kierunek siły na niego działającej na przeciwny.

Aby dobrze opisać ruch elektronu, w polu musimy rozpatrzyć trzy przypadki:

a) α = 0 lub α = π

gdzie

zauważmy że:
i

a więc

b) α =

Ponieważ
to

Jest to maksymalny wartość siły.

Siła Lorenza odgrywa tu rolę siły dośrodkowej a więc :

m - masa elektronu r - promień okręgu

Porównując obie zależności otrzymujemy:

Elektron więc porusza się po okręgu. Okres tego ruchu wynosi:

c) α
0 α

α
π

Jest więc kąt dowolny.

Wektor
możemy rozłożyć na dwie składowe; prostopadłą do
→ V_⊥ i równoległe do
→ V₌

V₌ - odpowiada przypadkowi „a” siła Lorenza więc tutaj nie działa.

Na składową V_⊥ działa jednak siła Lorenza. W jej wyniku elektron poruszał się będzie po okręgu. Mamy tutaj do czynienia z jednoczesnym ruchem elektronu w kierunku równoległym do
i po okręgu. Jest to więc ruch po lini śrubowej, o skoku:

3. Lampa Browna.

Jest to urządzenie które posiada katodę (emituje ona elektrony) i anodę.

Oba te elementy wytwarzają pole elektryczne w którym elektrony doznają przyspieszenia. Oprócz tych elementów lampa ta posiada dwie cewki które tworzą pole magnetyczne które odpowiada za odchylenie wiązki elektronów.

Rozpędzone elektrony padają na ekran pokryty luminoforem dzięki któremu możemy je obserwować w postaci plami świetlnej.

Definicje i relacje matematyczne:

Wszystkie obliczenia wykonujemy ze wzorów:

Błąd:

Kolejność wykonywania czynności:

1. Włączyć lampę oscylograficzną i ustawić plamkę w położeniu zerowym, a także sprowadzić ją do wielkości punktu

2. Połączyć obwód jak na schemacie podanym w instrukcji

3. Zasilić cewki prądem stałym i zrobić pomiary dla różnych wartości prądu

4. Wykonać punkt „c” przy prądzie płynącym w drugą stronę i przy tych samych jego wartościach

Tabela

U	l	I1	y1	I2	y2
[V]	[m]	[A]	[m]	[A]	[m]
1500	0,3	0,005	0,0028	0,005	0,003	147 226 960 530	169 006 185 172	156347461108,1	17241129212
1500	0,3	0,01	0,0058	0,01	0,0061	157 840 461 203	174 577 224 113
1500	0,3	0,015	0,009	0,015	0,0092	168 736 126 396	176 304 587 727
1500	0,3	0,02	0,0112	0,02	0,0118	146 842 993 593	162 947 690 991
1500	0,3	0,025	0,0146	0,025	0,0144	159 388 827 021	155 071 858 722
1500	0,3	0,03	0,0174	0,03	0,018	156 901 071 787	167 829 441 054
1500	0,3	0,035	0,0202	0,035	0,021	154 997 435 860	167 395 493 101
1500	0,3	0,04	0,0232	0,04	0,0238	156 085 968 318	164 161 499 156

Obliczenia i wykresy:

Z_A = 75 mA; n = 75;
;

Obliczenia wykonałem w programie Microsoft Excel według wzorów:

;

Wykres dla pomiaru pierwszego:

Wykres dla pomiaru drugiego:

Wnioski:

Dokładność wykonania ćwiczenia w duży stopniu zależy od rozmiarów plami, którą uzyskaliśmy na ekranie lampy oscylograficznej. Im plamka o mniejszych rozmiarach, tym dokładność pomiarów większa.

Błąd pomiaru natężenia prądu związany z klasą miliamperomierza jest na tyle mały, że można go pominąć.

5

6

---