Rok i kierunek studiów: I IŚ	Imię i nazwisko: Małgorzata Płotnicka	Data: 20.04.2010 r.
Nr ćwiczenia: 3	Temat ćwiczenia: Wyznaczanie stosunku e/m ładunku elektronu do jego masy metodą magnetronu.	Ocena:

I WSTĘP TEORETYCZNY

Ważnymi wielkościami charakteryzującymi elektron są jago ładunek e i masa m. Tor elektronu podczas jego ruchu w polu elektrycznym i magnetycznym zależy od konfiguracji tych pól oraz od stosunku e/m. ładunku elektronu do jego masy. Jeżeli konfiguracja pól jest zadana i znany jest z doświadczenia tor elektronu w tych polach to można wyliczyć stosunek e/m. Na tym polegają liczne metody pomiaru e/m. dla elektronu, jonów, i innych cząstek naładowanych. Siła magnetyczna F_L jest zawsze skierowana prostopadle do prędkości ruchu ładunku, a więc ma charakter siły dośrodkowej. W jednorodnym stałym polu magnetycznym elektron porusza się po okręgu lub ogólniej po spirali (jeżeli cząstka posiada składową prędkości równoległą do kierunku pola dookoła osi, którą jest kierunek wektora indukcji pola magnetycznego.

Jednym z ważniejszych przypadków ruchu elektronów w polach elektrycznym i magnetycznym prostopadłych do siebie, jest ruch elektronów w lampie zwanej magnetronem. Jedną z odmian magnetronu jest dioda próżniowa o koncentrycznie rozmieszczonych elektrodach. Anoda jest cylindrem metalowym na osi którego znajduje się katoda, która także jest cylindrem o promieniu znacznie mniejszym od anody. Dioda ta znajduje się w jednorodnym polu magnetycznym, którego linie sił są równoległe do osi cylindrów. Przy takim usytuowaniu elektrod elektrony emitowane z powierzchni katody K poruszją się wzdłuż promieni w kierunku anody A (oczywiście w nieobecności zewnętrznego pola magnetycznego) . W obecności pola magnetycznego B na elektrony działa siła magnetyczna F_L - prostopadła do kierunku ich ruchu. Pod działaniem tej siły ruch elektronów jest bardziej złożony, a ich tory są krzywoliniowe. Dla ustalonego napięcia anodowego U_a istnieje pewna krytyczna wartość pola magnetycznego B_k, przy której tory elektronów będą styczne do anody. Dla pola o wartości B<B_k wszystkie elektrony wysyłane z katody K docierają do anody A i natężenie prądu płynącego w magnetronie posiada tą samą wartość co bez pola magnetycznego. Dla pola B>B_k elektrony wysyłane z katody K nie docierają do anody A i prąd w lampie zostaje przerwany.

Dla pola magnetycznego o indukcji równej B_{k ,} kiedy tor elektronu jest styczny do okręgu, promień tego okręgu jest równy połowie odległości między katodą i anodą.

II CEL ĆWICZENIA

Wyznaczenie ładunku właściwego elektronu z pomiarów parametrów ruchu wiązki elektronów poruszających się w polu magnetycznym. Ładunkiem nazywamy stosunek wartości bezwzględnej ładunku elektrycznego elektronu do jego masy spoczynkowej i oznaczamy przez e/m.

III WYKONANIE ĆWICZENIA

1. Lampę umieścić wewnątrz solenoidu, którego zwoje są zasilane prądem stałym. Linie pola magnetycznego są równoległe go osi cylindrycznych elektrod lampy. Potencjometr R₁ służy do regulacji naprężenia prądu płynącego przez solenoid, co prowadzi do zmiany natężenia pola magnetycznego w solenoidzie. Indukcja magnetyczna B związana jest x natężeniem prądu solenoidu I_s zależnością : B=µ_onI_s gdzie: µ_o jest przenikalnością magnetyczną próżni i wynosi 4π*10^-7 H/m, a n-liczba zwojów.

2. Po włączeniu i odczekaniu ok. 5 min, ustaleniu się wartości naprężenia prądu anodowego I_s, potencjometrem R₂ ustalić wartość napięcia anodowego U_a=4V.

3. Zmieniać wartość natężenia prądu solenoidu w zakresie 0−0,75A i odczytywać wartości natężenia prądu anodowego.

4. Pomiary powtarzać dla wartości napięcia anodowego U_a=6V, 8V i 10V.

IV TABELA POMIARÓW

NAPIĘCIE ANODOWE
Va=4V
Prąd solenoidu Is[A]
0,1
0,2
0,3
0,33
0,36
0,393
0,42
0,452
0,478
0,51
0,54
0,571
0,6
0,63
0,66
0,69
0,72

V OPRACOWANIE WYNIKÓW

Obliczam dla każdego U_a stosunek :

Natężenie krytyczne prądu solenoidu odczytane z wykresu:

Ua₁=4V Ik₁=0,410

Ua₂=6V Ik₂=0,445

Ua₃=8V Ik₃=0,525

Ua₄=10V Ik₄=0,565

Obliczanie e/m dla poszczególnych wartości Ua:

gdzie:

N – całkowita ilość zwojów solenoidu: 4164

l – długość solenoidu: 0,235[m]

r = 0,8*10^-3 m

r – promienia okręgu stycznego

μ₀ – przenikalność magnetyczna w próżni wynosi: 4π*10^-7 H/m

Ua=4V i Ik=0,410

Ua=6V i Ik=0,445

Ua=8V i Ik=0,525

Ua=10V i Ik=0,565

Obliczanie średniej e/m:

RACHUNEK NIEPEWNOŚCI:

Obliczanie niepewności wzorcowania oraz niepewność standardową woltomierza mierzącego napięcie Ua.

Obliczanie niepewności wzorcowania amperomierza:

Niepewność całkowita e/m:

WNIOSKI:

Wraz ze wzrostem prądu solenoidu obserwujemy spadek prądu anodowego triody. Przyczyną jest przyrost natężenia prądu w solenoidzie, który pociąga za sobą wzrost natężenia pola magnetycznego. Natomiast pole magnetyczne wytworzone przez solenoid przenikając przez triodę sprawia, że elektrony poruszające się w triodzie ulegają odchyleniu, przy czym wartość zakrzywienia toru jest wprost proporcjonalna do wartości wytworzonego przez solenoid pola B.

Na błąd pomiarowy miała wpływ wartość odczytu z amperomierza, ponieważ wartości natężenia prądu wahały się.