I EE 18.04.2010

Laboratorium z fizyki

Ćw. nr: 24

Wyznaczanie ładunku właściwego elektronu

L 5

Kamil Stzwiarz

1. Opis układu pomiarowego

Układ pomiarowy przedstawiony jest na rysunku. Układ dwóch współosiowych cewek 1, z których każda składa się z N zwojów, wytwarza pole magnetyczne. Odległość D między cewkami jest równa ich promieniowi R. Dla takiej konfiguracji, wytworzone pole jest w przybliżeniu jednorodne w przestrzeni wewnątrz bańki szklanej 2 i jest skierowane wzdłuż osi cewek. W bańce tej znajduje się działo elektronowe 4. Wytworzona przez nie wiązka elektronów porusza się w polu magnetycznym po łuku okręgu. Wewnątrz lampy znajduje się metalowa drabinka 3 pokryta farbą świecącą pod wpływem padających elektronów, pozwalająca na dokładny pomiar średnicy toru ich ruchu. Bańka jest wypełniona rozrzedzonym argonem pod ciśnieniem 0.1 Pa. Gaz ten odgrywa ważną rolę w doświadczeniu, ponieważ elektrony zderzając się z cząsteczkami gazu powodują ich jonizację. Na skutek rekombinacji jonów argonu zachodzi zjawisko luminescencji i możliwa staje się obserwacja toru ruchu elektronów. Jednocześnie jony argonu, oddziałując elektrostatycznie z elektronami, przeciwdziałają rozpraszaniu się wiązki elektronowej na skutek elektrostatycznego odpychania się elektronów.

Zadaniem zasilacza napięciowego jest dostarczenie napięć 6.3 V, -50 V oraz 250 V do działa elektronowego, a zasilacza prądowego – dostarczenie prądu do cewek.

Schemat urządzenia pomiarowego

1. Zagadnienia teoretyczne

Pole elektryczne – stan przestrzeni otaczającej ładunki elektryczne lub zmienne pole magnetyczne. W polu elektrycznym na ładunek elektryczny działa siła elektrostatyczna.

Natężenie pola elektrycznego jest podstawową wielkością opisującą pole elektryczne. Jest to pole wektorowe , zdefiniowane w danym punkcie pola jako stosunek siły wywieranej przez pole na ładunek próbny q umieszczony w tym punkcie do wartości tegoż ładunku q:

Ładunek z pomocą którego określa się pole musi być na tyle mały, by nie zmieniać rozkładu ładunków w otaczającej go przestrzeni.

W polu elektrycznym zgromadzona jest energia. Jest ona równa pracy potrzebnej do ułożenia układu ładunków wytwarzających dane pole elektryczne, można więc stwierdzić, że energia potencjalna układu ładunków jest równoważna energii w wytworzonym przez nie polu elektrycznym.

Gęstość energii pola elektrycznego (energia zawarta w jednostce objętości) wyraża się przez:

gdzie: - przenikalność elektryczna próżni, - natężenia pola elektrycznego.

Pole magnetyczne — stan przestrzeni, w której siły działają na poruszające się ładunki elektryczne, a także na ciała mające moment magnetyczny niezależnie od ich ruchu. Pole magnetyczne, obok pola elektrycznego, jest przejawem pola elektromagnetycznego. W zależności od układu odniesienia w jakim znajduje się obserwator, to samo zjawisko może być opisywane jako objaw pola elektrycznego, magnetycznego lub obu.

Pole magnetyczne jest polem wektorowym. Wielkościami fizycznymi używanymi do opisu pola magnetycznego są: indukcja magnetyczna B oraz natężenie pola magnetycznego H. Między tymi wielkościami zachodzi związek

gdzie μ – przenikalność magnetyczna ośrodka.

Obrazowo pole magnetyczne przedstawia się jako linie pola magnetycznego. Kierunek pola określa ustawienie igły magnetycznej lub obwodu, w którym płynie prąd elektryczny.

1. Obliczenia

1.Obliczamy dla każdej średnicy d toru jego promień r:

Wzór ogólny:

Obliczenia:

= 2 cm = 4 cm

= 3 cm = 5 cm

2.Dla każdego prądu I obliczam indukcje B:

B=K*I – wzór K=0,6578*10^-3

3.Dla każdej pary (r,I) obliczyć ładunek właściwy elektronu

- wzór U=280 [V]

r – promień toru elektronów

podany w metrach

4.Obliczamy niepewności standardowe (niepewności zostały obliczone przy pomocy programu Microsoft Excel)

5.Obliczamy niepewność standardową u(B) metodą przenoszenia niepewności ( niepewności zostały obliczone przy pomocy programu Microsoft Excel)

6.Obliczyć niepewność metodą przenoszenia niepewności (niepewności zostały obliczone przy pomocy programu Microsoft Excel)

7.Obliczamy ostateczny wynik metodą średniej ważonej

- wzór