Wyznaczanie ladunku wlasciwego metoda magnetronowa, Politechnika ˙l˙ska


Politechnika Śląska

Wydział Elektryczny

studia wieczorowe

Wyznaczanie ładunku właściwego e/m

metodą magnetronową

WSTĘP

Postulat istnienia ładunku elementarnego został potwierdzony doświadczalnie na przełomie ubiegłego wieku . Najpierw J.J.Thomson wykazał podczas eksperymentów z promieniami katodowymi , że stosunek ładunku do masy cząstek stanowiących te promienie jest stały i wynosi: 1.7 ⋅ 10­­-11 C/kg. Natomiast sam ładunek elementarny wyznaczył R.A.Millikan. Wykazał on , że ładunek kropli jest całkowitą wielokrotnością ładunku elementarnego. e = 1,6 ⋅ 10-19 C.

W naszej pracowni stosujemy metodę magnetronową wyznaczania ładunku właściwego e/m . Weźmy diodę prostowniczą z cylindrycznymi elektrodami, między którymi występuje niejednorodne pole elektryczne. Lampa umieszczona jest współosiowo wewnątrz cewki. Pole magnetyczne ma kierunek prostopadły do kierunku emitowanych elektronów z katody i podążających do dodatniej anody. Ze strony pól elektrycznego i magnetycznego na poruszające się elektrony działa siła Lorentza:

Pod wpływem tej siły tor elektronu ulega zakrzywieniu, zmienia się pęd, a promień krzywizny obliczamy porównując siłę Lorentza z siłą odśrodkową:

Przy odpowiedniej dużej, indukcji magnetycznej tory elektronów nie osiągają anody i natężenie prądu zaczyna maleć.

Opis zestawu pomiarowego .

Indukcja magnetyczna w środku solenoidu określona jest wzorem ;

gdzie:0x01 graphic
- przenikalność magnetyczna próżni ,

In- natężenie płynącego prądu ,

n- liczba zwojów przypadająca na jednostkę długości cewki .

Zależność między indukcją magnetyczną a natężeniem prądu wyrazimy wzorem empirycznym :

gdzie - współczynnik zależny od geometrii cewki , liczby warstw , liczby zwojów w warstwie . W przypadku cewki stosowanej w zestawie β = 5.3 ⋅103 m-1.

Ładunek właściwy e/m obliczymy ze wzoru :

gdzie : - promień anody ,

- promień katody ,

- stała aparaturowa zależna od geometrii cewki ( rozmiarów , liczby zwojów , liczby warstw uzwojenia ) .

Przebieg ćwiczenia.

1. Łączymy obwód wg. schematu z instrukcji.

2. Przy ustalonym napięciu anodowym notujemy zmiany natężenia prądu anodowego ia spowodowane zmianą natężenia prądu płynącego przez solenoid I . Natężenie prądu I zmieniamy w granicach 0 ÷ 1500 mA co 100 mA .

3. Wykonujemy pomiary dla trzech różnych wartościach napięcia anodowego:

4. Tabela pomiarowa

Natężenie prądu anodowego ia [mA]

I [mA]

Ua1 = 6.375 V

Ua2 = 8.175 V

Ua3 = 10.25 V

0

22.6

32.5

44.0

100

22.6

32.5

44.0

200

22.4

32.3

43.8

300

22.0

32.0

43.0

400

21.6

31.5

42.5

500

21.4

31.0

42.0

600

20.8

30.5

41.5

700

19.2

29.0

40.0

800

14.2

24.5

36.4

900

9.9

16.8

27.5

1000

7.4

12.4

19.5

1100

5.9

9.7

15.0

1200

4.8

7.8

12.0

1300

3.9

6.3

10.0

1400

3.3

5.15

8.0

1500

2.6

4.2

6.7

5. Rysujemy rodziny charakterystyk ia = f(I).

6. Z wykresów określamy wartości krytyczne Ikr prądu płynącego przez solenoid:

Dla Ua1 - Ikr1 = 0.86 A

Dla Ua2 - Ikr2 = 0.915 A

Dla Ua3 - Ikr3 = 0.965 A

7. Obliczamy ładunek właściwy e/m według wzoru:

Dla Ua1 = 6.375 V :

Dla Ua2 = 8.175 V :

Dla Ua3 = 10.25 V :

8. Obliczenie jednostki ładunku właściwego elektronu:

Rachunek błędów

1. Obliczenie błędów pomiarowych.

Mierniki

Klasa [%]

Zakres

Dokła. odczytu

Woltomierz

0.2

15

0.08 V

Miliamperomierz ia

0.2

75

0.4 mA

Miliamperomierz Im

0.2

1500

4 mA

2. Obliczamy błąd wielkości złożonej metodą różniczki zupełnej według wzoru:

0x01 graphic

3. Obliczamy średnią ważoną ładunku właściwego e/m według wzoru:

otrzymujemy:

4. Z powyższych wartości obliczamy błąd średniej ważonej stosując wzór:

otrzymujemy:

Wynik końcowy

Wnioski .

Zwiększając prąd cewki obserwujemy gwałtowny spadek prądu anodowego . Dzieje się tak dlatego, że na wyemitowane przez katodę elektrony, poruszające się z prędkością [v] działa prostopadle pole magnetyczne o indukcji [B] spowodowane przepływem prądu przez nawiniętą wokół lampy cewkę. Pojawia się wtedy siła, prostopadła do chwilowej wartości prędkości elektronów, powodująca zakrzywienie ich trajektorii. Elektrony zataczają łuk, a siłę działającą na nie można nazwać dośrodkową. Ta sama siła sprawia, że elektrony nie "trafiają" do anody, a lampa gwałtownie zwiększa swą oporność wewnętrzną.

Reasumując: wzrost prądu w cewce wywołuje wzrost indukcji magnetycznej, która ma wpływ na wzrost siły Coriolisa, ta z kolei oddziałowuje na przepływające w lampie elektrony, które "rozwierają" obwód anody. Wpływ siły jest tym większy im większa prędkość termoemisji elektronów.

Porównując wynik końcowy z wartością tablicową (e/m = 1.7588 × 1011 C/kg) można powiedzieć że metoda magnetronowa do wyznaczenia ładunku właściwego e/m, jest stosunkowo dokładna.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Gotowiec WYZNACZANIE ŁADUNKU WŁAŚCIWEGO metodą magnetronową
Wyznaczanie ładunku właściwego metodą megatronową
Wyznaczanie ładunku właściwego, E do m magnetronową, Wyznaczanie e/m met. magnetronową
Wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego za pomo, POLITECHNIKA ˙L˙SKA
Wyznaczanie ładunku właściwego metodą megatronową
Wyznaczanie ładunku właściwego, Wyznaczanie ładunku właściwego e do m metodą magnetronową 6, POLITEC
Wyznaczanie ładunku właściwego, Wyznaczanie ładunku właściwego e do m metodą magnetronową 11, Polite
Wyznaczanie ładunku właściwego, Wyznaczanie ładunku właściwego e do m metodą magnetronową 16, POLITE
Wyznaczanie ładunku właściwego, wzór, POLITECHNIKA ˙L˙SKA
Wyznaczanie ładunku właściwego, Wyznaczanie ładunku właściwego e do m metodą magnetronową 7, Doświad
Wyznaczanie ładunku właściwego, Wyznaczanie ładunku właściwego e do m metodą magnetronową 12, 1.1. C
Wyznaczanie ładunku właściwego em metodą magnetronową, ćw 20
Wyznaczanie ładunku właściwego, Wyznaczanie ładunku właściwego e do m metodą magnetronową 17
Wyznaczanie ładunku właściwego, Wyznaczanie ładunku właściwego e do m metodą magnetronową 15
Wyznaczanie ładunku właściwego, Wyznaczanie ładunku właściwego e do m metodą magnetronową 8, Zestawi
Wyznaczanie ładunku właściwego elektronu metodą magnetronową, LAB52, LABORATORIUM FIZYCZNE
Wyznaczanie ładunku właściwego, Wyznaczanie ładunku właściwego e do m metodą magnetronową 9 , Przep˙
Wyznaczanie ładunku właściwego, Wyznaczanie ładunku właściwego e do m metodą magnetronową 5
Wyznaczanie charakterystyk fotokomorki gazowanej2, Politechnika ˙l˙ska

więcej podobnych podstron