10 W EM, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki, Laborki sprawozdania, FIZYKA LABORATORIUM


Politechnika Śląska Gliwice 26.04.1999r.

Wydział Elektryczny

Kierunek EiT

Ćwiczenie laboratoryjne z fizyki

Wyznaczanie ładunku właściwego e/m metodą magnetronową.

Grupa T2 sekcja I

Tomasz Hauser

Paweł Łoskot

  1. Wprowadzenie.

Do wyznaczania ładunku właściwego e/m stosowaliśmy metodę magnetronową. Wzięliśmy diodę prostowniczą EZ 81 z cylindrycznymi elektrodami , między którymi występuje niejednorodne pole elektryczne o natężeniu :

0x01 graphic

gdzie :Ua - napięcie anodowe,

ra i rk - promienie anody i katody

Lampa umieszczona jest współosiowo wewnątrz cewki. Pole magnetyczne ma kierunek prostopadły do kierunku elektronów emitowanych z katody i podążających do dodatniej anody. Ze strony pól elektrycznego i magnetycznego na poruszające elektrony działa siła Lorentza :

0x01 graphic

Pod wpływem tej siły tor elektronu ulega zakrzywieniu i zmienia się pęd, a promień krzywizny obliczmy porównując siłę Lorentza z siłą odśrodkową :

0x01 graphic

Krzywoliniowe tory elektronów nazywają się kardioidami , przypominają cykloidy, a uproszczeniem jest aproksymacja okręgami .Jeśli przez cewkę nie płynie prąd, to indukcja magnetyczna B=0 i elektrony biegną promieniście do anody . Ze wzrostem wartości indukcji magnetycznej elektrony poruszają się po spiralach o coraz mniejszym promieniu krzywizny . Przy pewnej , odpowiednio dużej indukcji magnetycznej tory elektronów nie osiągają anody i natężenie prądu anodowego zaczyna się stopniowo zmniejszać . Teoretycznie dla 0x01 graphic
powinniśmy obserwować zanik prądu anodowego . Elektrony termoemisji posiadają różne prędkości , a więc w sytuacji krytycznej tylko część elektronów będzie zawracać w kierunku katody , a elektrony

wolniejsze będą po torach rozwijających się spiral docierać do anody .W dowolnym punkcie toru elektron posiada moment pędu względem osi elektrod :

0x01 graphic

gdzie : r - odległości od osi .

Pod działaniem sił pól elektrycznego i magnetycznego zmienia się pęd 0x01 graphic

Moment sił 0x01 graphic
wywołuje zmianę momentu pędu : 0x01 graphic

Ponieważ wektory promienia wodzącego r i natężenia pola elektrycznego E mają ten sam kierunek 0x01 graphic
, a 0x01 graphic
oraz uwzględniając wzajemną prostopadłość wektorów ,

liczbowa zmiana momentu pędu wyniesie :

0x01 graphic
.

Przyjmuje się , że prędkość początkowa elektronu 0x01 graphic
. Całkując równanie otrzymamy wyrażenie określające moment pędu elektronu w punkcie zetknięcia z anodą :

0x01 graphic
.

Zakładając, że w warunkach „krytycznych” krzywizna toru wynosi 0x01 graphic
, a tor jest styczny do powierzchni anody otrzymamy :

0x01 graphic

Prędkość elektronu w momencie zetknięcia z anodą obliczymy stosując zasadę

zachowania energii :

0x01 graphic
, skąd : 0x01 graphic

Wstawiając powyższe wyrażenie do wzoru otrzymamy ostatecznie :

0x01 graphic

gdzie : 0x01 graphic
- indukcja magnetyczna , przy której elektrony nie dolatują do anody

(natężenie prądu anodowego zmniejsza się do połowy w stosunku

do wartości przy B= 0 )

  1. Schemat układu pomiarowego.

0x08 graphic

Rys. 1.

  1. Przebieg ćwiczenia.

1. Łączymy obwód według schematu na rysunku 1.

2. Ustalamy napięcie anodowe np. 0x01 graphic
i odczytujemy jego dokładną wartość na woltomierzu .

3. Zmieniając natężenie prądu płynącego przez solenoid Im w granicach od 0 do 1500 mA co 100mA notujemy zmiany natężenia prądu anodowego ia.

4. Podobne pomiary przeprowadzamy przy trzech różnych wartościach napięcia anodowego np. 6,8,10 V

5. Rysujemy rodziny charakterystyk ia=f(Im.).

5. Z wykresów określamy wartości krytyczne prądu płynącego przez solenoid odpowiadające dwukrotnemu spadkowi prądu anodowego (w porównaniu z wartością początkową ).

6. Obliczmy ładunek właściwy elektronu e/m.:

7. Obliczmy średnią ważoną ładunku właściwego e/m.

8. Przeprowadzamy rachunek błędów .

Parametry mierników

Miernik

Klasa

Zakres

Dokł. odczytu

Woltomierz Ua

0.2

30

0.1

Miliamperomierz ia

0.2

75

0.5

Miliamperomierz Im.

0.2

1500

10

  1. Tabele pomiarowe.

Im[mA]

Natężenie prądu anodowego ia [mA]

Ua=6[V]

Ua=8[V]

Ua=10[V]

30

23,6

32,5

45,0

100

23,6

32,5

44,3

200

23,0

32,4

44,0

300

22,8

32,0

43,5

400

22,5

31,4

42,8

500

22,0

31,0

42,3

600

21,5

30,5

41,5

700

19,5

29,0

40,2

800

14,5

24,5

36,0

900

10,0

16,3

26,5

1000

7,5

12,5

19,5

1100

6,0

9,5

14,8

1200

5,0

7,8

12,0

1300

4,0

6,0

10,0

1400

3,3

5,0

8,0

1500

2,5

4,0

6,5

  1. Obliczenia.

Z wykresów określamy wartości krytyczne prądu płynącego przez solenoid odpowiadające dwukrotnemu spadkowi prądu anodowego (w porównaniu z wartością początkową ) 0x01 graphic

Dla 0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

Obliczmy ładunek właściwy elektronu e/m.:

X = 0x01 graphic

gdzie : 0x01 graphic
- promień anody

0x01 graphic
- promień katody

0x01 graphic
- stała aparaturowa zależna od geometrii cewki

(rozmiarów , liczby zwojów , liczby warstw uzwojenia)

dla 0x01 graphic
i 0x01 graphic

0x01 graphic

dla 0x01 graphic
i 0x01 graphic

0x01 graphic

dla 0x01 graphic
i 0x01 graphic

0x01 graphic

Wyznaczenie błędu wartości ładunku właściwego 0x01 graphic
:

0x01 graphic

0x01 graphic

- dla 0x01 graphic
i 0x01 graphic

0x01 graphic

- dla 0x01 graphic
i 0x01 graphic

0x01 graphic

- dla 0x01 graphic
i 0x01 graphic

0x01 graphic

Ostatecznie otrzymujemy:

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Obliczmy średnią ważoną ładunku:

Średnia ważona :

0x01 graphic

0x01 graphic
- wagi pomiarów

0x01 graphic
, gdzie:

c - dowolna liczba różna od zera , przyjmujemy 0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Lp.

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

1

2

3

16,1

19,8

22,2

0,7

0,6

0,5

2,0

2,8

4,0

32,2

55,4

88,8

1,4

1,7

2,0

8,8

176,4

5,1

Średnia ważona :

0x01 graphic

Błąd maksymalny :

0x01 graphic

Ostatecznie wartość wyznaczonego ładunku właściwego wynosi :

0x01 graphic

6. Podsumowanie.

0x08 graphic
Na podstawie pomiarów otrzymaliśmy wartość ładunku właściwego e/m. równą:

Na podstawie danych odczytanych z tablic fizycznych :

0x01 graphic
, 0x01 graphic

otrzymujemy:

0x01 graphic

Różnice wynikające z błędów pomiarowych jak również dokładności wykonania charakterystyki i odczytu z niej interesujących nas wielkości mieszczą się w graniach błędu .

Na charakterystyce widać, że prąd krytyczny, a co za tym idzie indukcja krytyczna jest proporcjonalna do napięcia anodowego. Im napięcie wyższe tym, tym indukcja krytyczna jest większa.

Wyznaczanie ładunku właściwego e/m metodą magnetronową

- 8 -

0-50V

6-15V

ZST-1

6V

mA

mA

V

0x01 graphic



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
[10]opracowanie, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki,
10 opracowanie, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki,
10 BARCHNICKI, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki, L
[10]konspekt, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki, la
10-LAB, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki, laborki
POLARYMETR, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, 10 Badanie zj
Nr ćwiczenia, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, 10 Badanie
10. Dyfrakcja i Polaryzacja - Teoria, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - L
ADUNEK EM MOJE , Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki,
opracowanie cw 10, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, labork
Sprawozdanie lab 10, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, labo
WICZENIE6 10 F, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki,
Lepkość-sciaga, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki,
Nr ćwiczenia5 moje, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, labor
[4]tabelka, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki, labo
[8]konspekt new, Elektrotechnika AGH, Semestr II letni 2012-2013, Fizyka II - Laboratorium, laborki,

więcej podobnych podstron