Autor:
Grzegorz PYTLAK
Wyznaczanie e/m elektronu (dwie metody)
Metoda 1. (Poprzecznego pola magnetycznego)
Przed przystąpieniem do pomiarów wyskalować przyrządy ( Amperomierz, Woltomierz,
Lampę oscyloskopową). Przesunąć plamkę o zadaną wartość (5mm 10mm,15mm,20mm)
poprzez regulację natężenia prądu I w obwodzie cewki. Przesunięcie należy skompensować
odpowiednio dobierając napięcie U, przy którym plamka pozostaje w położeniu zerowym.
PRZYRZĄDY:
Urządzenie do pomiaru e/m elektronu typu LO-10
Zasilacz sieciowy typu ZZJ-201
Zasilacz lampy oscyloskopowej ZO-501
Amperomierz LM-3 (klasa 0,5)
Woltomierz LM-3 (klasa 0,5)
SCHEMAT:
WIELKOŚCI DO PRZYJĘCIA:
n = 650 - ilość zwojów w cewce
R = (0,05 +/- 0,001)m - promień cewki
d = (0,005 +/- 0,0001)m - odległość płytek odchylających
l = (0,011 +/- 0,001)m - średnica obszaru działania
L = (0,09 +/- 0,001)m - odległość ekranu od punktu wejścia w pole magnetyczne
Δy = +/- 0,0005m - dokładność odczytu położenia plamki
- przenikalność magnetyczna próżni
TABELKI:
Nr |
Zak.[V] |
U [V] |
Błąd[V] |
Zak.[A] |
I[A] |
Błąd[A] |
y[m] |
1 |
30 |
8,4 |
0,15 |
0,03 |
0,009 |
0,0002 |
0,005 |
2 |
30 |
24 |
0,15 |
0,03 |
0,023 |
0,0002 |
0,01 |
3 |
75 |
35 |
0,38 |
0,075 |
0,033 |
0,0004 |
0,015 |
4 |
30 |
11,5 |
0,15 |
0,03 |
0,012 |
0,0002 |
0,005 |
5 |
30 |
23,5 |
0,15 |
0,03 |
0,024 |
0,0002 |
0,01 |
6 |
75 |
34,5 |
0,38 |
0,075 |
0,034 |
0,0004 |
0,015 |
Nr |
B[Vs/m*m] |
dB[Vs/m*m] |
E[V/m] |
dE[V/m] |
e/m |
d(e/m) |
bw(e/m) |
1 |
0,0001 |
0,0002 |
1680 |
64 |
2 002 838 894 807 |
307 983 512 194 |
15% |
2 |
0,0002 |
0,0003 |
4800 |
126 |
1 842 002 297 168 |
166 330 403 129 |
9% |
3 |
0,0002 |
0,0004 |
7000 |
215 |
1 873 162 201 731 |
145 894 849 360 |
8% |
4 |
0,0001 |
0,0002 |
2300 |
76 |
1 551 491 192 683 |
228 893 506 892 |
15% |
5 |
0,0002 |
0,0003 |
4700 |
124 |
1 585 219 262 090 |
143 265 240 972 |
9% |
6 |
0,0003 |
0,0004 |
6900 |
213 |
1 739 388 049 929 |
135 713 271 432 |
8% |
Wartość średnia |
|
|
|
|
1 324 262 737 301 |
141 010 097 997 |
8,0% |
PRZYKŁADOWE OBLICZENIA ( dla pomiaru nr 1) :
a) Błąd woltomierza
ΔU = Klasa * zakres / 100
ΔU = 0,5 * 30V /100 = 0,15V
Błąd amperomierza
ΔI = Klasa * zakres / 100
ΔI = 0,5 * 0,03A / 100 = 0,0002A
c) Natężenie pola magnetycznego (B), błąd ΔB (liczony z różniczki zupełnej)
=0,0001
=0,0002
Natężenie pola elektrycznego (E), błąd ΔE (liczony z różniczki zupełnej)
=64
e) Stosunek e/m elektronu , błąd Δ[e/m] (liczony z różniczki zupełnej)
2 002 838 894 807
Metoda 2. (Podłużnego pola magnetycznego)
Dla kilku zadanych wartości napięć przyśpieszających (0,9kV, 1,2kV, 1,5kV),
przy odchyleniu : pionowym, poziomym, wyznaczyć wartość natężenia prądu,
przy którym ślad wiązki elektronów na ekranie zostanie sprowadzony do
punktu.
PRZYRZĄDY:
Urządzenie do pomiaru e/m Elektronu typ WF-04-025-1
(zawierające lampę oscyloskopową, selenoid, woltomierz {klasa 1,5})
Transformator zasilający typ WF-04-026-2
Amperomierz LM-3 (klasa 0,5)
Zasilacz prądu stałego do zasilania obwodu selenoidu typ SN-103/0-25V
SCHEMAT:
WIELKOŚCI DO PRZYJĘCIA:
n/b = 720 +/- 50 (zwojów / metr)
Jx = (0,221 +/- 0,001)m - odległość poziomych płytek odchylających od ekranu
Jy = (0,183 +/- 0,001)m - odległość pionowych płytek odchylających od ekranu
TABELKI:
Ustawienie Pionowe |
|
|
|
|
|
|
Nr Pomiaru |
Zak.U[V] |
U[V] |
Błąd[V] |
Zak.I[A] |
I[A] |
Błąd[A] |
1 |
1500 |
800 |
22,50 |
0,75 |
0,320 |
0,004 |
2 |
1500 |
900 |
22,50 |
0,75 |
0,320 |
0,004 |
3 |
1500 |
1000 |
22,50 |
0,75 |
0,330 |
0,004 |
4 |
1500 |
1100 |
22,50 |
0,75 |
0,335 |
0,004 |
5 |
1500 |
1200 |
22,50 |
0,75 |
0,330 |
0,004 |
6 |
1500 |
1300 |
22,50 |
0,75 |
0,330 |
0,004 |
7 |
1500 |
1400 |
22,50 |
0,75 |
0,332 |
0,004 |
8 |
1500 |
1500 |
22,50 |
0,75 |
0,333 |
0,004 |
Ustawienie poziome |
|
|
|
|
|
|
1 |
1500 |
800 |
22,50 |
0,75 |
0,425 |
0,004 |
2 |
1500 |
900 |
22,50 |
0,75 |
0,440 |
0,004 |
3 |
1500 |
1000 |
22,50 |
0,75 |
0,460 |
0,004 |
4 |
1500 |
1100 |
22,50 |
0,75 |
0,455 |
0,004 |
5 |
1500 |
1200 |
22,50 |
0,75 |
0,460 |
0,004 |
6 |
1500 |
1300 |
22,50 |
0,75 |
0,470 |
0,004 |
7 |
1500 |
1400 |
22,50 |
0,75 |
0,480 |
0,004 |
8 |
1500 |
1500 |
22,50 |
0,75 |
0,480 |
0,004 |
Ustawienie Pionowe |
|
|
|
|
|
||||||
Nr Pomiaru |
B[Vs/m*m] |
dB[Vs/m*m] |
e/m |
d(e/m) |
bw(e/m) |
||||||
1 |
0,0009 |
0,00001 |
1 522 685 597 195 |
20 431 622 195 |
1% |
||||||
2 |
0,0009 |
0,00001 |
1 713 021 296 845 |
18 644 746 885 |
1% |
||||||
3 |
0,0010 |
0,00001 |
1 789 749 829 578 |
18 067 970 219 |
1% |
||||||
4 |
0,0010 |
0,00001 |
1 910 395 474 138 |
17 533 352 229 |
1% |
||||||
5 |
0,0010 |
0,00001 |
2 147 699 795 493 |
18 067 970 219 |
1% |
||||||
6 |
0,0010 |
0,00001 |
2 326 674 778 451 |
18 068 586 687 |
1% |
||||||
7 |
0,0010 |
0,00001 |
2 475 552 139 438 |
17 637 763 129 |
1% |
||||||
8 |
0,0010 |
0,00001 |
2 636 471 017 517 |
17 427 471 416 |
1% |
||||||
Ustawienie poziome |
|
|
|
|
|
||||||
1 |
0,0012 |
0,00001 |
863 241 551 019 |
6 567 188 164 |
1% |
||||||
2 |
0,0013 |
0,00001 |
906 060 851 224 |
5 716 736 414 |
1% |
||||||
3 |
0,0013 |
0,00001 |
921 095 257 283 |
4 785 797 597 |
1% |
||||||
4 |
0,0013 |
0,00001 |
1 035 595 372 951 |
4 999 859 242 |
0,5% |
||||||
5 |
0,0013 |
0,00001 |
1 105 314 308 739 |
4 786 234 712 |
0,4% |
||||||
6 |
0,0014 |
0,00001 |
1 147 011 694 764 |
4 391 963 617 |
0,4% |
||||||
7 |
0,0014 |
0,00001 |
1 184 311 020 041 |
4 037 484 172 |
0,3% |
||||||
8 |
0,0014 |
0,00001 |
1 268 904 664 329 |
4 037 675 691 |
0,3% |
||||||
PZYKŁADOWE OBLICZENIA ( dla pomiaru nr 1 ):
a) Błąd woltomierza
ΔU = Klasa * zakres / 100
ΔU = 1,5 * 1500V /100 = 22,5V
Błąd amperomierza
ΔI = Klasa * zakres / 100
ΔI = 0,5 * 0,750A / 100 = 0,004A
c) Natężenie pola magnetycznego (B), błąd ΔB (liczony z różniczki zupełnej)
= 0,0009
Stosunek e/m elektronu , błąd Δ[e/m] (liczony z różniczki zupełnej)
=863 241 551 019
----------- DO OBU METOD ------------
DYSKUSJA BŁĘDÓW:
Błędy mogą wynikać z:
Subiektywnej oceny widzianego obrazu na oscyloskopie.
Niedokładności przyrządów pomiarowych
WNIOSKI:
Metoda poprzecznego pola magnetycznego nie jest efektywna w porównaniu z metoda nr 2, ponieważ błąd pomiaru nr 1 ( 15% ) jest dużo większy od błędu pomiaru nr 2 ( 0,5% ).
Istotną rolę w obu metodach odgrywa wielkość plamki świetlnej. Im będzie ona mniejsza i bardziej zbliżona do punktu tym pomiar będzie dokładniejszy, gdyż ustawienie zerowego położenia plamki (odcinka) oraz przesuniecie będzie dokładniejsze. Na dokładność uzyskanych wyników będzie miał tez wpływ rozkład pola magnetycznego. Związek Fm + Fe = 0 będzie spełniony tylko wtedy gdy linie pola magnetycznego będą idealnie prostopadle do lini pola elektrycznego. Wszystkie wzory opierają się na tym właśnie założeniu, wiec rozkład pola magnetycznego będzie miał istotny wpływ na dokładność pomiaru.