ROK AKADEMICKI : 1995 / 96 | LABOLATORIUM Z FIZYKI

____________________________|______________________________________________

NUMER ĆWICZENIA : 51 | TEMAT ĆWICZENIA :

| POMIAR ŁADUNKU WŁAŚCIWEGO e/m | ELEKTRONU

____________________________|______________________________________________

WYDZIAŁ : MECHANICZNY | NAZWISKO I IMIĘ

KIERUNEK : MECHNIKA I | RAFAŁ MARKUT

BUDOWA MASZYN |

GRUPA : KO6-2 |

____________________________|______________________________________________

DATA WYKONANIA : | OCENA : | DATA ZALICZENIA : | PODPIS :

07.03.1996 | | |

____________________________|__________|______________________|_____________

| T | | |

|__| _______|______________________|_____________

| S | | |

| | | |

1.ZASADA POMIARU

Celem ćwiczenia było wyznaczenie ładunku właściwego elektronu, czyli pomiar stosunku e/m.

Pomaru tego stosunku dokonaliśmy metodą Thomsona . Metoda wykorzystuje lampę oscyloskopową , dzięki której można obserwować odchylenie wiązki elektronów w polu magnetycznym . Na elektron poruszający się z prędkością V wpadający w pole magnetyczne o indukcji B działa siła Lorentza:

F= e ⋅ V B

Siła Lorentza nie powoduje zmiany prędkości elektronu , a jedynie zakrzywia tor jego ruchu tzn. jest ona siłą dośrodkową

gdzie:

r - promień okręgu po jakim odchylany jest elektron

V - prędkość elektronu

Z porównania sił otrzymujemy:

Prędkość elektronu można obliczyć z porównania pracy jaką pole elektryczne między katodą a anodą lampy wykonuje nad elektronem z energią kinetyczną jaką elektron uzyskuje dzięki tej pracy.

skąd

Wartość indukcji B obliczono ze wzoru:

gdzie

R- promień zwojnicy która wytwarza pole magnetyczne.

I- natężenie prądu w zwojnicy.

n- ilość zwojów.

μo- przenikalność magnetyczna próżni.

Wartość promienia krzywizny po jakiej porusza się elektron można

obliczyć na podstawie prostych przekształceń matematycznych

r=(d + I )*(2 * y)

Ostatecznie ładunek właściwy elektronu oblicza się ze wzoru:

2. SCHEMAT UKŁADU POMIAROWEGO

3. OCENA DOKŁADNOŚCI POJEDYŃCZYCH POMIARÓW

U - napięcie między katodą i anodą lampy oscyloskopowej

ΔU = ± 1% czyli dla U = 800V ΔU = 8V

Y - wielkość okmdchylenia plamki na ekranie lampy

Δd = 1 mm

R - promień zwojnicy

ΔR = 0,005 m

l - odległość anoda - ekran .

Δl = 0,3 cm

I - natężenie prądu w zwojnicy .

i ΔI = 0,05A

Błędy : ΔU , ΔR , Δl podane były w instrukcji do ćwiczenia , natomiast ΔI oraz ΔY przyjeliśmy ze względu na brak klasy dokładności przyrządów pomiarowych .

4. TABELE POMIAROWE

U	I	Y	e/m.	(e/m)-(e/m.)
[V]	[A]	[mm]	[c/kg]	[c/kg]
800	2,5	8	1,945 ⋅ 10	-0,206 ⋅ 10
	3,5	11	1,870 ⋅ 10	-0,131 ⋅ 10
	4,5	14	1,824 ⋅ 10	-0,085 ⋅ 10
1000	2,5	7	1,863 ⋅ 10	-0,124 ⋅ 10
	3,5	10	1,934 ⋅ 10	-0,195 ⋅ 10
	4,5	12	1,680 ⋅ 10	-0,059 ⋅ 10
1200	2,5	6	1,643 ⋅ 10	-0,096 ⋅ 10
	3,5	8	1,488 ⋅ 10	-0,251 ⋅ 10
	4,5	10	1,404 ⋅ 10	-0,335 ⋅ 10

Wartość średnia:

6. PRZYKŁADOWE OBLICZENIA POMIARU WIELKOŚCI ZŁOŻONEJ

Przykładowo dla drugiego pomiaru :

U = 800V, I = 3,5 A, Y = 0,011 m.

R = 0,3 m, n = 8 zwojów, μo = 12,56 * 10 Vs/Am, l = 18,6 cm

Po podstawieniu tych wielkości do wzoru :

6. RACHUNEK BŁĘDÓW

gdzie :

n - ilość pomiarów;

E_i = L - (e/m)_i

gdzie L - średnia wartość e/m

Po obliczeniu błąd przeciętny = 1,0204587 * 10 C/kg

Do obliczenia błędu maksymalnego dla danego pomiaru (pomiar nr 2) obliczono ze wzoru podanego niżej :

Dla drugiego pomiaru :

7.ZESTAWIENIE WYNIKÓW POMIARÓW

Wynik pomiaru po zaokrągleniu wynosi :

e/m = (1,739*10 +/- 1,205 * 10 )*C/kg

8. UWAGI I WNIOSKI

Wartość e/m. Udało nam się określić z dobrą dokładnością wartość odczytana z tablic wynosi 1,75*10 C/kg, pomimo dużego rozrzutu wyników pojedynczych pomiarów.

---