Politechnika Śląska

Wydział chemiczny

Kier. Inżynieria chemiczna i procesowa

grupa II

TEMAT :

WYZNACZENIE ŁADUNKU WŁAŚCIWEGO e/m

METODĄ MAGNEYRONOWĄ

Wstęp teoretyczny:

Elektron to stała cząstka elementarna wchodząca w skład atomu. Elektron ma ładunek elektryczny e=-1,6∙10^-19C i masę równą m_e=9,11∙10^-31kg.

Gdy elektron porusza się w obszarze, w którym działają pola magnetyczne i elektryczne. Kierunki wektorów natężeń pól elektrycznego i magnetycznego są do siebie równoległe, natomiast kierunek prędkości elektronu tworzy z kierunkami wektorowa natężeń pól kąt α . Wektor prędkości v rozkładamy na dwie składowe:

prostopadłą v = vsinα i równoległą v = vcosα do wektora indukcji magnetycznej. Ruch w każdym z kierunków rozpatrujemy osobno. W kierunku prostopadłym do kierunku linii sił pól elektrycznego i magnetycznego na elektron działa siła Lorentza i elektron porusza się ruchem po okręgu. Natomiast w kierunku równoległym (wzdłuż linii sił obu pól) na cząstkę poruszającą się w tym kierunku z prędkością v działa tylko siła od pola elektrycznego. Obecność pola elektrycznego powoduje, że elektron w tym kierunku porusza się ruchem jednostajnie przyśpieszonym, co po złożeniu daje ruch po linii śrubowej o zmiennym, zwiększającym się skoku.

Układ pomiarowy:

Z katody emitowane są elektrony. Poruszają się one od katody do anody wskutek obecności pola elektrycznego. Przyłożenie zewnętrznego pola magnetycznego powoduje zakrzywienie toru ich ruchu, a dla pewnej ,krytycznej wartości pola magnetycznego, zakrzywienie jest tak duże, że elektrony przestają docierać do anody.

Przebieg ćwiczenia:

1. Przy ustalonym napięciu anodowym zmierzono zmiany natężenia prądu anodowego.

2. Pomiarów dokonano zmieniając wartość natężenia w zakresie: 0-400 mA(co 100mA), 400-600 mA (co 50mA), 600-900 mA (co 20mA)

3. Zanotowano wyniki

4. Serię pomiarów przeprowadzono dla wartości napięcia anodowego U_a:

U_a=3V

U_a=5V

Opracowanie wyników:

1. Wykres zależności I_a(I) sporządzono w programie Microsoft Excel

2. Niepewności pomiarowe wynikające z użytych urządzeń:

Woltomierz U_a:

Miliamperomierz I_a i I_m (MY-67):

Im	u(Im)	Ia	u(Ia)	Ia2	u(Ia2)
0	5,7735E-08	9,7	0,044802	17,7	0,081753
100	0,46188027	9,7	0,044802	17,7	0,081753
200	0,92376049	9,5	0,043879	17,5	0,080829
300	1,3856407	9,2	0,042493	17	0,07852
400	1,84752092	9	0,041569	16,8	0,077596
450	2,07846103	9	0,041569	16,7	0,077134
500	2,30940113	8,8	0,040646	16,5	0,07621
550	2,54034124	8,5	0,03926	16,3	0,075287
600	2,77128135	7,6	0,035103	15,8	0,072977
620	2,86365739	7,2	0,033255	15,4	0,07113
640	2,95603344	6,7	0,030946	14,9	0,06882
660	3,04840948	6	0,027713	14,3	0,066049
680	3,14078552	5,5	0,025403	13,6	0,062816
700	3,23316157	5	0,023094	12,5	0,057735
720	3,32553761	4,6	0,021247	11,6	0,053578
740	3,41791365	4,3	0,019861	10,9	0,050345
760	3,51028969	3,9	0,018013	10	0,046188
780	3,60266574	3,7	0,01709	9,1	0,042031
800	3,69504178	3,4	0,015704	8,6	0,039722
820	3,78741782	3,2	0,01478	7,8	0,036027
840	3,87979387	3	0,013856	7,3	0,033717
860	3,97216991	2,8	0,012933	6,8	0,031408
880	4,06454595	2,7	0,012471	6,4	0,02956
900	4,156922	2,6	0,012009	6,1	0,028175

3. Metodą regresji liniowej dopasowano prostą do punktów pomiarowych na opadającej liniowej części charakterystyki. Otrzymano równania:
   
   I_a:
   

I_a2:

4. Z wykresów odczytano wartości krytyczne ( ).

Ostatecznie I_kr wynosi:

5. Ładunek właściwy elektronu obliczono ze wzoru:

gdzie: A-stała aparaturowa, zależna od promieni anody i katody oraz od początkowej prądu anodowego I_oa przy zerowy prądzie cewki:

• Dla U_a=3V

• Dla U_a=3V

6. Do obliczenia niepewności wyznaczonego ładunku e/m wykorzystano wzory:

Średnią ważoną obliczono ze wzoru:

e/m	u(e/m)	wi	Średnia ważona e/m	Średnia ważona u(e/m)

Ostatecznie ładunek właściwy e/m wyniósł:

Wnioski:

Ćwiczenie miało na celu wyznaczenie ładunku właściwego właściwego/właściwego metodą magnetronową. Po wykonaniu niezbędnych obliczeń, ostatecznie wyniósł:

Ta wartość w niewielkim stopniu odbiega od tablicowej, która wynosi:

Różnica wynika z zaokrągleń podczas obliczeń oraz z niedokładności przyrządów pomiarowych.

---