Rok akademicki 2004/05	Laboratorium z fizyki
Nr ćwiczenia: 51	Temat: Pomiar ładunku właściwego e/m elektronu
Wydział: Budownictwo Kierunek: . Grupa: 2.2.4.B	Imię i nazwisko: Joanna Świątek
Data wykonania	Ocena		Data zaliczenia	Podpis
	T
	S

1. Zasada pomiaru.

Doświadczenie nasze wykonujemy przy pomocy lampy oscyloskopowej umieszczonej w polu magnetycznym o indukcji B. Źródłem pola magnetycznego jest zwojnica. Na elektron wpadający do pola magnetycznego o indukcji B pod pewnym kątem do jego linii sił, działa siła odchylająca zwana siłą Lorentza :

Jeśli elektron porusza się prostopadle do linii sił pola, to siła Lorentza powoduje zakrzywienie toru elektronu, bez zmiany jego prędkości. Pod wpływem zmiany napięcia między katodą i anodą tor ruchu elektronu ulega coraz większemu zakrzywieniu. Znając wartość przesunięcia plamki światła na ekranie oscyloskopu możemy określić wartość ładunku właściwego e/m.

Pomiar polegał na wyznaczeniu odległości odchylenia wiązki elektronów w lampie oscyloskopowej umieszczonej w polu magnetycznym, a następnie na wykorzystaniu odpowiednich zależności matematycznych i fizycznych.

Stosunek ładunku elementarnego elektronu do jego masy obliczono z wzoru:

gdzie:

U [V] - napięcie katoda-anoda lampy

y [m] - wielkość odchylenia plamki

R [m] - promień zwojnicy

n - ilość zwoi

I [A] - natężenie prądu w zwojnicy

l [m] - odległość anoda-ekran

2. Schemat układu pomiarowego.

gdzie: ρ - promień krzywizny elektronu

l - odległość anoda - ekran

y - wielkość odchylenia plamki

A - anoda

K - katoda

3. Ocena dokładności pojedynczych pomiarów.

     W ćwiczeniu użyto następujących przyrządów:

- zasilacz wysokiego napięcia

- zasilacz niskiego napięcia

- zwojnicę

- lampę oscyloskopową z układami korekcji kształtu plamki

- woltomierz i amperomierz

     Dokładność pojedynczych pomiarów:

- odległość anoda-ekran:

- wysokie napięcie:

     

- natężenie prądu zwojnicy:

- promień zwojnicy:

- odchylenie plamki:

Wartości stałe

μ₀=12,56⋅10^-7

l=(11,5
0,1)[cm]

n=45 zwoi

ΔU=
2% z U

R_H=(8
1)[cm]

4. Tabela pomiarowa.

Lp.	U	I	y
	V	mA	mm
1	1100	100	5	4,90⋅10^11	0,64⋅10^11
2	1100	220	11	4,83⋅10^11	0,57⋅10^11
3	1100	300	14	4,16⋅10^11	0,10⋅10^11
4	1100	400	19	4,21⋅10^11	0,05⋅10^11
5	1100	470	22	4,01⋅10^11	0,25⋅10^11
6	1100	550	25	3,71⋅10^11	0,55⋅10^11
7	1100	670	30	3,46⋅10^11	0,80⋅10^11
8	1700	100	4	4,86⋅10^11	0,60⋅10^11
9	1700	220	9	5,03⋅10^11	0,77⋅10^11
10	1700	300	12	4,76⋅10^11	0,50⋅10^11
11	1700	400	15	4,14⋅10^11	0,12⋅10^11
12	1700	470	18	4,25⋅10^11	0,01⋅10^11
13	1700	550	20	3,79⋅10^11	0,47⋅10^11
14	1700	670	24	3,59⋅10^11	0,67⋅10^11
	Wartość średnia = 4,26⋅10^11

5. Przykładowe obliczenia wyników pomiarów wielkości złożonej.

     a) pojedyncze pomiary ładunku właściwego:

 

     b) wartość średnia pomiarów ładunku właściwego:

     c) przykładowy pomiar wielkości

6. Rachunek błędów.

1. błąd przeciętny wszystkich pomiarów:

2. błąd maksymalny dla pojedynczego pomiaru:

7. Zestawienie wyników pomiarów.

     Wartość średnia pomiarów ładunku właściwego:

     Błąd przeciętny wszystkich pomiarów:

     Błąd maksymalny dla pojedynczego pomiaru:

8. Uwagi i wnioski.

Wartość średnia wyznaczonego ćwiczenia stosunku e/m elektronu wyniosła 4,26⋅10¹¹
.

Biorąc pod uwagę że napięcie było stałe (pierwsze 1100V później 1700V) oraz wartość natężenia była rosnąca (od 100 do 670 μA),można było stwierdzić, że stosunek e/m maleje, zarówno przy jednym jak i drugim napięciu. Wykonane pomiary obarczone są błędem spowodowanym niezbyt precyzyjnym odczytywaniem wyników z przyrządów. Chodzi tu o kąt, pod jakim obserwator patrzył na przymiar kreskowy na linijce, w efekcie czego mogło dojść do nieznacznego błędu w odczycie wartości przesunięcia plamki na ekranie oscyloskopu. Błędny odczyt pomiaru mógł być także spowodowany przez pole magnetyczne ziemskie, chociaż był on zminimalizowany dzięki odpowiedniemu ustawieniu względem oscyloskopu.

---