Politechnika Śląska

Wydział AEiI

Kierunek AiR

Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki :

Wyznaczanie ładunku właściwego e/m metodą magnetronową.

Grupa V, sekcja 5

Katarzyna Żydek Przemysław Ciurla

Tomasz Kozieł

Gliwice, 16.03.1994

1.Opis teoretyczny.

Postulat istnienia ładunku elementarnego został potwierdzony doświadczalnie na przełomie ubiegłego wieku. Najpierw J. J. Thomas wykazał, ze stosunek ładunku do masy jest stały i wynosi 1,7* 1011C/kg.

Natomiast sam ładunek elementarny wyznaczył Milliken.

W naszej pracowni stosujemy metodę magnetronowa wyznaczania ładunku właściwego e/m . Weźmy diode prostownicza z cylindrycznymi elektrodami, miedzy którymi występuje niejednorodne pole elektryczne o naterzeniu:

gdzie: Ua - napięcie anodowe

ra i rk - promienie anody i katody

Lampa umieszczona jest wspolosiowo wewnątrz cewki. Pole magnetyczne ma kierunek prostopadły do kierunku elektronów emitowanych z katody i podążających do dodatniej anody. Ze strony pól elektrycznego i magnetycznego na poruszające się elektrony działa siła Lorentza:

Jeżeli przez cewek nie płynie prąd, to indukcja magnetyczna B=0 i elektrony biegną promieniście do anody. Ze wzrostem wartości indukcji magnetycznej elektrony poruszają się po spiralach o coraz mniejszym promieniu krzywizny. Przy pewnej, odpowiednio dużej indukcji magnetycznej tory elektronów nie osiągają anody i naterzenie prądu anodowego zaczyna się stopniowo zmniejszać.

Teoretycznie powinien nastąpić zanik prądu anodowego, jednak elektrony termoemisyjne posiadają różne prędkości, a wiec w sytuacji krytycznej tylko cześć elektronów będzie zawracać w kierunku katody, a elektrony wolniejsze będą po torach rozwijających się spiral docierać do anody.

Stosunek e/m będzie wyrażał się wzorem:

Uwzględniając parametry cewki oraz przenikalność magnetyczna ostatecznie otrzymujemy:

gdzie :

ra = 2.0 mm - promień anody

rk = 1.0 mm - promień katody

b = 1.07*104 m-1 - stała aparaturowa zależna od geometrii cewki

2.Opis ćwiczenia

schemat ukladu magnetronowego

Układ pomiarowy składa się z lampy elektronowej umieszczonej centrycznie w solenoidzie wytwarzającym pole magnetyczne.W czasie ćwiczenia zmieniano prąd Is w zakresie 0-1500 mA co 100 mA Wartościami mierzonymi były :

- natężenie prądu anodowego lampy ,

- napięcie anodowe lampy,

- natężenie prądu zasilającego solenoid.

3. Tabela pomiarowa

Przyrządy pomiarowe użyte w ćwiczeniu:

Woltomierz klasa 0.2

zakres15 V

Miliamperomierz Ia klasa 0.2

zakres 30 mA

Miliamperomierz Is klasa 0.2

zakres 1500 mA

Tabela pomiarowa

Is [mA]	Natężenie Ia dla:
	Ua1=6.2 V	Ua2=8.2 V	Ua3=10,12V
0	24.5	36	49.75
100	24.5	36	49.75
200	24.25	35.5	49.25
300	23.75	35	48.5
400	23	35	48
500	23	34.75	47.75
600	22.5	34	47
700	20.5	32.5	45
800	13.25	26	40
900	9	16.5	28.5
1000	6.5	11.5	19
1100	5.25	9	14
1200	4.25	7.5	11.25
1300	3	6	9
1400	2.75	5	7.5
1500	2.25	4	6

4.Opracowanie wyników pomiarów.

Błędy pomiarowe

Woltomierz:

Miliamperomierz Ia:

Miliamperomierz Is:

Obliczanie wartości e/m dla poszczególnych napięć:

1) Ua=6.2 ± 0.03 V

Ikr=775 ± 25 mA = 0.775 ± 0.025 A

Błąd wartości e/m obliczam za pomocą różniczki zupełnej:

2) Ua=8.2 ± 0.03 V

Ikr=860 ± 25 mA = 0.86 ± 0.025 A

3) Ua=10.12 ± 0.03 V

Ikr=880 ± 25 mA = 0.88 ± 0.025 A

Za pomocą średniej ważonej obliczam średnią wartość e/m i jej błąd:

wynik :

5. Podsumowanie

Wartość tablicowa wynosi :
, więc otrzymany wynik mieści się w granicach wyliczonego błędu.

---