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

prostopadłych pól elektrycznego i magnetycznego

Wersja podstawowa

III.

Wykonanie pomiarów.

1.

Połączyć układ według schematu

C1

C2

ZO-501 SN-103 SN-111

A

V

1

1.

Lampę oscyloskopową należy odsunąć możliwie jak najdalej od mierników
układu zasilającego, w celu uniknięcia wpływu pola magnetycznego na
położenie plamki.

1. Włączyć zasilacz do 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

1. 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; następnie przesunięcie to 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 (pokrętła regulacji napięcia
ustawić w lewe skrajne położenie).

4.

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

I.

Opracowanie wyników:

1.

Uśrednić poszczególne wyniki pomiarów natężenia prądu I i napięcia U dla
poszczególnych wychyleń plamki i wyznaczyć niepewności bezwzględne

∆

I

oraz

∆

U.

1. 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

2

D

L

d

B

y

U

m

e

2

⋅

⋅

⋅

⋅

=

L = ( 90

±

1 ) mm

- odległość ekranu od środka pola magnetycznego

a = ( 38

±

1 ) mm

- połowa odległości między cewkami.

2.

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

∆

y =

±

0,5 mm.

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

II.

Proponowana tabela pomiarowa.

y

∆

y

I

I

∆

I

U

U

∆

U

B

∆

B

e

m

( )

∆

e

m

( )

e

m

śr

( )

∆

e

m

śr

( )

( )

∆

e

m

e

m

śr

śr

[mm] [mm] [A] [A] [A] [V] [V]

[V]

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

[C/kg]

%

3

ĆWICZENIE NR 52

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. Miliwoltomierz LM - 3 do pomiaru natężenia prądu w solenoidzie

II.

Cel ćwiczenia:

wyznaczenie stosunku e/m elektronu przy pomocy

podłużnego pola magnetycznego.

III.

Schemat układu pomiarowego:

1

2

STAB.NAP

.

-

5

+

+ -

REG. W.N.

A

4

3

Rys. 1

Opis przyrządu do pomiaru e/m.:

1. Zacisk solenoidu .
2. Ekran lampy oscyloskopowej.
3. Lampka kontrolna.
4. Wyłącznik solenoidu.
5. Woltomierz do pomiaru napięcia przyśpieszającego.

4

I.

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 plamki przy pomocy pokręteł jasności, ostrości

i astygmatyzmu; unikać zbyt dużych jasności obrazu ze względu na

możliwość uszkodzenia lampy oscyloskopowej.

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

I.

Opracowanie wyników:

1.

Uśrednić poszczególne wyniki pomiarów natężenia prądu I dla poszczególnych
napięć przyspieszających U i wyznaczyć niepewność bezwzględną

∆

I.

2.

Obliczyć wartość e/m dla wszystkich napięć przyspieszających U i dla obu
badanych kierunków poziomego i pionowego korzystając ze wzoru:

e

m

U

B l

=

⋅

⋅

8

2

2

2

π

gdzie :

B

n
b

I

=

⋅ ⋅

µ

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

1. Obliczyć niepewności względną i bezwzględną e/m (np. metodą różniczki

zupełnej)

2. Uśrednić otrzymane wyniki e/m.

V.

Tabela pomiarowa

5

Kierunek

odchylania

wiązki

U

∆

U I

I

∆

I

B

∆

B

e

m

( )

∆

e

m

( )

e

m

śr

( )

∆

e

m

śr

( )

( )

∆

e

m

e

m

śr

śr

[V] [V] [A] [A] [A] [T]

[T]

[C/kg]

[C/kg]

[C/kg]

[C/kg]

%

6