POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT FIZYKI	Sprawozdanie z ćwiczenia nr 52
MICHAŁ ZIELASKOWSKI	TEMAT: Wyznaczanie stosunku e/m elektronu.
Wydział: MBM Rok: 2	DATA: 29.03.98 OCENA:

Cel ćwiczenia:

Praktyczne zapoznanie się ze zjawiskami ruchu elektronów w polu elektrycznym i oraz z metodami wyznaczania stosunku e/m elektronu.

Część teoretyczna (Opis zagadnień fizycznych).

Stosunek ładunku elektronu [e] do jego masy [m], zwany też ładunkiem właściwym elektronu, jest ważną stałą fizyczną występującą w równaniach balistyki i optyki elektronowej.

Na elektron znajdujący się w polu elektrycznym o natężeniu E działa siła:

Kierunek
jest przeciwny do kierunku
ze względu na ujemny ładunek elektronu (
).

Prędkość elektronu nabyta w polu elektrycznym

.

Na elektron poruszający się z prędkością
w polu magnetycznym o indukcji
działa siła:

Opis układów pomiarowych.

I. Układ do pomiaru e/m metodą poprzecznego pola magnetycznego.

Do wytwarzania wiązki elektronów służy lampa oscyloskopowa. Pole magnetyczne jest wytwarzane przez dwie cewki Helmholtza (C1,C2), ustawione symetrycznie po obu stronach lampy. Natężenie prądu I płynącego przez cewki mierzono za pomocą amperomierza A.

Pole elektryczne wytwarza się między płytkami odchylania pionowego lampy oscyloskopowej, przez przyłożenie napięcia U. Do pomiaru tego napięcia służy woltomierz V.

Po włączeniu zasilania lampy oscyloskopowej i wstępnym wyregulowaniu jasności, ostrości i położenia zerowego plamki świetlnej na ekranie, włączono prąd do obwodu cewek i regulując jego natężenie przesunięto plamkę o zadaną wartość y. Następnie przesunięcie to skompensowano przez doprowadzenie do płytek odchylających odpowiednio dobranej wartości napięcia U, przy którym plamka powróci w położenie zerowe. Pomiary wartości I oraz U wykonano dla kilku wybranych wartości y (5, 10 i 15 mm).

URZĄDZENIA UŻYTE W ĆWICZENIU:

• zasilacz sieciowy typ LO-01

• zasilacz lampy oscyloskopowej typ ZO-501

• stabilizator napięcia typ SN-103

• stabilizator napięcia typ 111

• miliamperomierz LM-3, klasa 0,5

• woltomierz LM-3, klasa 0,5

II. Układ do pomiaru e/m metodą podłużnego pola magnetycznego.

Transformator zasilający umieszczony jest w oddzielnym bloku ze względu na konieczność zabezpieczenia lampy oscyloskopowej przed wpływem rozpraszającego pola magnetycznego o częstotliwości 50 Hz. Zasilacz prądu stałego umożliwia regulację ciągłą natężenia prądu w zakresie 0 - 1 A i zapewnia jego stabilizację.

Urządzenie pomiarowe składa się z lampy oscyloskopowej, umieszczonej współosiowo wewnątrz solenoidu. Do pomiaru napięcia przyspieszającego służy wbudowany do urządzenia woltomierz V. Solenoid zasilany prądem stałym z zewnętrznego źródła. Amperomierz A służy do pomiaru natężenia prądu płynącego przez solenoid. Wewnątrz wytwarzane jest jednorodne pole magnetyczne o indukcji B, skierowane wzdłuż osi solenoidu.

Po włączeniu prądu w obwodzie solenoidu i w miarę zwiększania jego natężenia świecący odcinek na ekranie ulega coraz większemu skręceniu i skróceniu. Przyczyną tego zjawiska jest zmiana torów elektronów z prostoliniowych na tory spiralne. Regulując natężenie prądu płynącego przez solenoid można uzyskać zredukowanie śladu wiązki elektronów na ekranie do punktu.

URZĄDZENIA UŻYTE W ĆWICZENIU:

• urządzenie do pomiaru e/m typ LIF-04 (zawiera lampę oscyloskopową, solenoid, woltomierz), klasa oscyloskopu 1,5

• transformator zasilający urządzenia pomiarowe typ LIF-04-026-2

• miliwoltomierz, klasa 0,5

• zasilacz prądu stałego do zasilania obwodu solenoidu typ SN-103, 0-25V (stabilizator napięcia.

wychylenie poziome(x)

wychylenie pionowe(y)

Obliczenia.

1. Metoda poprzecznego pola magnetycznego (Thomsona).

Wychylenie y [mm]	Natężenie			Napięcie U[V]
		I[A]	Zakres [A]	ΔI [A]	U[V]	Zakres[V]	ΔV [V]
5	0,1190	0,015	7,50*10^-5	12,7	15	0,075
10	0,2275	0,030	1,50*10^-4	24,8	30	0,150
15	0,3300	0,075	3,75*10^-4	36,5	75	0,375
20	0,4350	0,075	3,75*10^-4	50,2	75	0,375

Indukcję magnetyczną B w obszarze środkowym pomiędzy cewkami oblicza się korzystając ze wzoru:

I tak np. dla y=5:

Natężenie pola elektrycznego natomiast:

Czyli dla y=5 mamy:

Ostatecznie stosunek e/m. obliczamy ze wzoru:

Co daje dla y=5:

2. Metoda podłużnego pola magnetycznego.

Napięcie przyspieszające U [V]	Natężenie dla odchylenia poziomego Ix[A]	Natężenie dla odchylenia pionowego Iy[A]
750	0,2978	0,4225
900	0,3055	0,4430
1200	0,3095	0,4840
1500	0,3145	0,5170

Stosunek e/m wyznaczamy z następującej zależności:




• dla odchylenia poziomego, oraz:




- dla odchylenia poziomego.

Na przykład dla wartości napięcia przyśpieszającego 750V i odchylenia pionowego mamy:







Rachunek błędów.

1. Metoda poprzecznego pola magnetycznego (Thomsona).





Błąd policzymy wykorzystując różniczkę zupełną:





2. 
   Metoda podłużnego pola magnetycznego.





Wnioski

Metoda poprzecznego pola ma znaczenie poglądowe, ze względu na zbyt duże uproszczenia przyjętych założeń - tak duża rozbieżność wyniku z wartością oczekiwaną 1,759*10¹¹ dyskwalifikuje tego rodzaju eksperyment. Metoda podłużnego pola dała natomiast wynik zbliżony do rzeczywistości (wartość średnia dla odchylenia pionowego i poziomego wynosi 1,83*10¹¹). Błędem, jaki mógł wystąpić podczas wykonywania tego eksperymentu mógł być przede wszystkim błąd odczytu z oscyloskopu oraz amperomierza.





























































---