Ćwiczenie nr 24
Wyznaczanie ładunku właściwego e/m elektronów .
1. Zachowanie się ładunków elektrycznych w polu elektrycznym i magnetycznym .
2. Lampa Browna .
Ad. 1
Na wiązkę elektronów przechodzących przez obszar , w którym istnieje pole magnetyczne o indukcji B działa siła :
I . Ruch naładowanej cząstki odbywa się wzdłuż linii indukcji pola magnetycznego , przy takim ruchu cząstki kąt zawarty między wektorem jej prędkości i wektorem indukcji B równa się 0 lub , w wyniku czego siła Lorentza jest równa 0 ( na cząstkę nie działa pole magn . ) .
II . Cząstka porusza się prostopadle do linii indukcji magn . :
, siła Lorentza FL = q * v * B , oraz skierowana jest prostopadle do wektorów v i B .
Cząstka porusza się w płaszczyźnie do wektora B , a FL pełni rolę siły dośrodkowej :
III. Ruch cząstki w polu magn . gdy jej wektor prędkości v skierowany jest pod dowolnym kątem do wektora indukcji pola B .
Rozkładamy wektor v na dwie składowe :
-
- składowa równoległa do B
-
- składowa prostopadła do B
Prędkość
nie ulega zmianie w polu magn .Cząstka posiada niezerową składową w wyniku czego powinna ona obiegać po okręgu , którego płaszczyzna jest prostopadła do B , a promień
Cząstka uczestniczy w dwóch ruchach jednocześnie w wyniku czego cząstka porusza się po linii śrubowej , której oś pokrywa się z linią indukcji pola magn. , a skok wynosi
Ad .2Przyrządem służącym do wyznaczanie ładunku właściwego elektronów jest lampa Browna . Elektrony wybiegające na skutek termoemisji z katody lampy są poddawane działaniy pola elektrycznego pomiędzy katodą a anodą lampy .
Skutkiem działania pola elektrycznego jest wzrost prędkości elektronów od wart .
v=0 (przy katodzie) do v = v (tuż przy anodzie) , czyli en . kinetyczna e po dojściu do anody wynosi :
zgodnie ze wzorem
:
Elektron biegnący z taką prędkością lub wiązka uderza w ekran lampy powodując pojawienie się plamki świetlnej . Plamka zostanie przesunięta o wart. y , gdy wiązka elektronów przed uderzeniem w ekran przejdzie przez jednorodne pole magn .
Natężenie pola magn . wewnątrz cewek jest równe :
R - promień cewki
i - nat. prądu płynącego przez cewki
n - ilość zwojów w cewce
Znając wart. sił działających na wiązkę elektronów przechodzącą przez pole magn.
otrzymamy :
Wiedząc , że dla próżni B = 0 H , 0 = oraz wstawiając wart. v możemy napisać :
stąd :
promień krzywizny ruchu elektronów wiąże się z wielkością odchylenia plamki y na ekranie lampy oraz z odl . l cewek odchylających od ekranu zależnością :
ostatecznie otrzymamy :
po podstawieniu za R i n wart. mamy :
III . Wykonanie ćwiczenia .
Przyrządy : lampa oscylograficzna z układem cewek , miliamperomierz , zasilacz regulowany .
1. Po włączeniu i pojawieniu się plamki na ekranie lampy ustawić plamkę w położeniu zerowym na skali oraz pokrętłami ustawić punktowy rozmiar plamki i jasność (ostry , wyraźny punkt ) .
2. Połączyć obwód wg schematu .
3. Odczytywać wychylenie plamki na skali y przy kolejnych nat . prądu płynącego przez cewki : 10 , 20 , 30 , 40 mA .
4. Zmienić kierunek prądu w cewkach na przeciwny i ponownie odczytać wychylenia przy tych samych nat. prądu .
5. Tabelka pomiarów .
Lp. |
U [V] |
l [m] |
i1 [mA] |
y1 [cm] |
i2 [mA] |
y2 [cm] |
e/m (1) |
e/m (2) |
e/msr+e/m |
1. |
1500 |
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
2. |
1500 |
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
3. |
1500 |
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
4. |
1500 |
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
5. |
1500 |
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
6. |
1500 |
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
7. |
1500 |
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
8. |
1500 |
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
9. |
1500 |
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
10. |
1500 |
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
11. |
1500 |
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
12. |
1500 |
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
13. |
1500 |
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
14. |
1500 |
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|
15. |
1500 |
0.3 |
|
|
|
|
|
|
|