1

#

ĆWICZENIE

NR 52

(Część I)

WYZNACZENIE ŁADUNKU WŁAŚCIWEGO ELEKTRONU

METODĄ THOMSONA (METODĄ POPRZECZNEGO POLA

MAGNETYCZNEGO

I.

Zestaw przyrządów.

1. Urządzenie do pomiaru e/m typu LO - 01
2.

Zasilacz sieciowy typ ZJ - 201

3.

Zasilacz lampy oscyloskopowej typ ZO - 501

4. Stabilizator

napięcia typ 103

5. Stabilizator

napięcia typ 111

6.

Miliamperomierz do pomiaru natężenia prądu w obwodzie cewek

7.

Woltomierz do pomiaru napięcia na płytkach odchylających

II. Cel

ćwiczenia: wyznaczenie stosunku e/m elektronu za pomocą pomiarów

parametrów ruchu wiązki elektronów poruszających się w polu magnetycznym

i elektrycznym.

Wersja podstawowa

III. Wykonanie

pomiarów.

1. Połączyć układ według schematu

C1

C2

ZO-501

SN-103 SN-111

A

V

1. Lampę oscyloskopową należy odsunąć możliwie jak najdalej od mierników układu

zasilającego, w celu uniknięcia wpływu pola magnetycznego na położenie plamki.

2.

Włączyć zasilacz lampy oscyloskopowej oraz oba stabilizatory napięcia; pokrętła
regulacji napięcia ustawić w położeniu zerowym; wyregulować jasność i ostrość plamki
oraz ustawić plamkę na środku ekranu lampy oscyloskopowej.

UWAGA ! Ograniczyć jasność plamki ze względu na wypalanie się ekranu lampy

2

3.

Regulując natężenie prądu I w obwodzie cewek (za pomocą stabilizatora napięcia SN
– 103) przesunąć plamkę w kierunku pionowym kolejno o y = 5; 10 i 15 mm; każde
przesunięcie skompensować (za pomocą stabilizatora SN-111) przykładając do
płytek odchylających odpowiednie wartości napięcia odchylającego U; wartości U i I
odczytać z mierników; dla każdego wychylenia plamki powtórzyć pomiary
trzykrotnie.

UWAGA ! Po każdym pomiarze należy powrócić z położeniem plamki na środek ekranu

(wartość prądu I w obwodzie cewek i wartość napięcia odchylającego zmniejszyć do zera).

4.

Pomiary opisane w punkcie 3 powtórzyć dla wychyleń plamki w przeciwnym
kierunku.

IV.

Opracowanie wyników:

1. Uśrednić poszczególne wyniki pomiarów natężenia prądu I i napięcia U dla

poszczególnych wychyleń plamki i wyznaczyć niepewności bezwzględne

ΔI oraz

ΔU.

2.

Wyznaczyć wartość indukcji magnetycznej B oraz stosunek e/m elektronu dla
wszystkich wychyleń y ze wzorów:

(

)

2

3

2

2

2

0

a

R

R

I

n

μ

B

+

⋅

⋅

⋅

=

oraz
gdzie:

μ

0

= 4

π ⋅ 10

-7

N

A

2

-

- przenikalność magnetyczna próżni

n = 650

±

2

- liczba zwojów w cewce Helmholtza

R = ( 50

± 1 ) mm

- promień cewki Hemholtza

d = ( 4,0

± 0,1 ) mm

- odległość między płytkami odchylających

D = ( 110

± 1 ) mm

- średnica obszaru działania pola magnetycznego

L = ( 90

± 1 ) mm

- odległość ekranu od środka pola magnetycznego

a = ( 38

± 1 ) mm

- połowa odległości między cewkami.

3.

Obliczyć niepewności względne i bezwzględne indukcji B i stosunku e/m (np.
metodą różniczki zupełnej), przyjmując za dokładność odczytu położenia środka
plamki

Δy = ± 0,5 mm.

4.

Uśrednić wyniki e/m otrzymane dla każdej wartości wychylenia y.

V.

Proponowana tabela pomiarowa.

y

Δy I I

I

Δ U U

U

Δ

B

ΔB

m

e

( )

m

e

Δ

( )

śr

m

e

( )

śr

m

e

Δ

( )

( )

śr

śr

m

e

m

e

Δ

[mm] [mm] [A] [A] [A] [V] [V] [V] [T] [T] [C/kg] [C/kg] [C/kg] [C/kg]

%

D

L

d

B

y

U

m

e

2

⋅

⋅

⋅

⋅

=

3

Wersja dodatkowa

(Część II)

WYZNACZANIE e / m ELEKTRONU METODĄ

PODŁUŻNEGO POLA MAGNETYCZNEGO

I. Zestaw

przyrządów.

1.

Urządzenie do pomiaru e/m typ LIF - 04 - 025 – 1, (zawierające lampę
oscyloskopową , solenoid i woltomierz) zasilane transformatorem typ LIF - 04 -
026 – 2. Transformator o częstotliwości 50 Hz umieszczony jest w oddzielnym bloku
ze względu na konieczność zabezpieczenia lampy oscyloskopowej przed wpływem
rozproszonego pola magnetycznego.

2.

Stabilizator napięcia typ SN – 103 do zasilania obwodu solenoidu.

3.

Miernik do pomiaru natężenia prądu w solenoidzie

II. Cel

ćwiczenia: wyznaczenie stosunku e/m elektronu przy pomocy pomiarów

parametrów ruchu wiązki elektronów poruszających się w podłużnym polu
magnetycznym.

III. Schemat

układu pomiarowego:

1

2

STAB.NAP

.

-

5

+

+ -

REG. W.N.

A

4

3 6

Rys. 1

Opis przyrządu do pomiaru e/m.:

1. Połączenie z solenoidem .
2. Ekran lampy oscyloskopowej.
3. Lampka kontrolna.
4. Wyłącznik zasilania lampy oscyloskopowej.
5. Woltomierz do pomiaru napięcia przyśpieszającego.
6. Pokrętła do regulacji parametrów obrazu

IV. Przebieg pomiarów

1.

Połączyć układ zgodnie ze schematem

2.

Włączyć urządzenie pomiarowe do sieci; po upływie około 1 min na ekranie
powinien pojawić się poziomy lub pionowy odcinek w zależności od ustawienia
przełącznika x, y zmiennego napięcia odchylającego, umieszczonego na tylnej
ścianie przyrządu.

3.

Wyregulować jasność obrazu przy pomocy pokręteł jasności, ostrości
i astygmatyzmu; unikać zbyt dużych jasności obrazu ze względu na możliwość
uszkodzenia lampy oscyloskopowej.

4

4.

Pokrętłem „amplituda x, y” przeprowadzić regulację długości świecącego odcinka
na ekranie lampy.

5.

Za pomocą pokrętła „Regulacja W.N” ustawić dowolną wartość napięcia
przyspieszającego U w przedziale od 900 do 1500 V.

6.

Włączyć do sieci stabilizator napięcia; dla danego napięcia przyspieszającego U
stopniowo zwiększać natężenie prądu I w solenoidzie do momentu przejścia
świecącego odcinka w punkt. Zanotować wartość natężenia prądu I; powtórzyć
pomiary trzykrotnie.

7.

Analogicznie pomiary wykonać dla kilku wartości napięć przyspieszających
zarówno dla pionowego jak i dla poziomego odcinka świecącego na ekranie

IV. Opracowanie wyników:

1. Uśrednić poszczególne wyniki pomiarów natężenia prądu I dla poszczególnych

napięć przyspieszających U i wyznaczyć niepewność bezwzględną

ΔI.

2. Obliczyć wartość e/m dla wszystkich napięć przyspieszających U i dla obu

badanych kierunków poziomego i pionowego korzystając ze wzoru:

2

2

2

l

B

U

8π

m

e

⋅

⋅

=

gdzie :

I

⋅

⋅

=

b

n

μ

B

0

B

- wartość indukcji magnetycznej

l - odległość płytek odchylających od ekranu

l

x

= (22,1

± 0,1) cm

-

dla odchylania poziomego

l

y

= (18,3

± 0,1) cm

-

dla odchylania pionowego

μ

0

= 4

π ⋅ 10

-7

N/A

2

-

współczynnik przenikalności
magnetycznej próżni

(

)

n

b

zw

m

=

±

7200 50

-

ilość zwojów na jednostkę długości

3.

Obliczyć niepewności względną i bezwzględną e/m (np. metodą pochodnej
logarytmicznej)

4.

Uśrednić otrzymane wyniki e/m.

V. Tabela

pomiarowa

Kierunek

odchylania

wiązki

U

ΔU I

I

I

Δ

B ΔB

m

e

( )

m

e

Δ

( )

úr

m

e

( )

úr

m

e

Δ

( )

( )

śr

śr

m

e

m

e

Δ

[V] [V]

[A] [A]

[A]

[T]

[T] [C/kg] [C/kg] [C/kg] [C/kg]

%