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
III.
Wykonanie pomiarów.
1.
Połączyć układ według schematu
ZO-501
SN-103 SN-111
C1
C2
A
V
Lampę oscyloskopową należy odsunąć możliwie jak najdalej od mierników układu zasilającego, w celu uniknięcia wpływu pola magnetycznego na położenie plamki.
1
2.
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
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; 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.
IV.
Opracowanie wyników:
1.
Uśrednić poszczególne wyniki pomiarów natężenia prądu I i napięcia U dla poszczególnych wychyleń plamki i wyznaczyć niepewności bezwzględne ∆I oraz ∆U korzystając z metody Studenta-Fischera.
2.
Wyznaczyć wartość indukcji magnetycznej B oraz stosunek e/m elektronu dla wszystkich wychyleń y ze wzorów:
µ n
⋅ ⋅ I⋅ R 2
B = 0
(
3
R 2 + a 2 )2
oraz
e
U y
=
⋅
m
B 2 ⋅ d ⋅ L⋅ D
gdzie:
µ
N
0 = 4π ⋅ 10-7
- przenikalność magnetyczna próżni
A 2
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
L = ( 90 ± 1 ) mm
- odległość ekranu od środka pola magnetycznego
a = ( 38 ± 1 ) mm
- połowa odległości między cewkami.
3.
Uśrednić wyniki e/m otrzymane dla każdej wartości wychylenia y.
4.
Obliczyć niepewności względne i bezwzględne indukcji B i stosunku e/m, przyjmując za dokładność odczytu położenia środka plamki ∆y = ± 0,5 mm.
V.
Tabela pomiarowa.
∆( em)
y
∆y
I
I
∆
e
I U U ∆ U B ∆B
e
e
e
m
∆(
(
∆(
ś
m)
m)
m)
r
śr
śr
(
e
m) śr
[mm] [mm] [mA] [mA] [mA] [V] [V]
[V] [T] [T] [C/kg] [C/kg] [C/kg]
[C/kg]
%
3
ĆWICZENIE NR 52
(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
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 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 IV.
Opracowanie wyników:
1.
Uśrednić poszczególne wyniki pomiarów natężenia prądu I dla poszczególnych napięć przyspieszających U i wyznaczyć niepewność bezwzględną ∆I na podstawie metody Studenta-Fischera.
2.
Obliczyć wartość e/m dla wszystkich napięć przyspieszających U i dla obu badanych kierunków poziomego i pionowego korzystając ze wzoru: e
8 2
π U
=
⋅
m
B 2 ⋅ l 2
n
gdzie :
B = µ
0 ⋅
⋅ I
b
B
-
wartość indukcji magnetycznej
l
-
odległość płytek odchylających od ekranu
lx = (22,1 ± 0,1) cm
-
dla odchylania poziomego
ly = (18,3 ± 0,1) cm
-
dla odchylania pionowego
µ0 = 4π ⋅ 10-7 N/A2
-
współczynnik przenikalności
magnetycznej próżni
n = (7200 ± ) zw
50
-
ilość zwojów na jednostkę długości
b
m
3.
Uśrednić otrzymane wyniki e/m.
4.
Obliczyć niepewności względną i bezwzględną e/m.
5
V.
Tabela pomiarowa
∆( em)
Kierunek
U ∆
I
I
∆
B ∆
e
∆( e
( e
∆( e
ś
m)
m)
m)
r
odchylania
U
I
B
m
śr
śr
wiązki
( em)
śr
[V] [V] [mA] [mA] [mA] [T] [T]
[C/kg]
[C/kg]
[C/kg]
[C/kg]
%
6