POLITECHNIKA ŚLĄSKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ I METALURGII

Nazwisko i imię NATALIA ORLIKOWSKA, KAMIL MARCINEK,

Grupa ZIP 22

Sekcja IV

SPRAWOZDANIE

z fizyki – laboratorium

RUCH ŁADUNKU W POLU ELEKTRYCZNYM I MAGNETYCZNYM. WYZNACZANIE ŁADUNKU WŁAŚCIWEGO ELEKTRONU ZA POMOCĄ MAGNETRONU.

Uwagi prowadzącego:

1. Przebieg ćwiczenia.

Wyniki pomiarów:

	3V	6V	9V
Is, A	Ia, mA	Ia, mA	Ia, mA
0,05	0,172	0,265	0,384
0,1	0,168	0,259	0,377
0,15	0,159	0,25	0,37
0,2	0,156	0,246	0,365
0,25	0,152	0,242	0,359
0,3	0,148	0,235	0,351
0,35	0,135	0,222	0,34
0,4	0,128	0,211	0,323
0,45	0,122	0,201	0,31
0,5	0,1	0,18	0,278
0,55	0,089	0,15	0,235
0,6	0,079	0,135	0,216
0,65	0,07	0,122	0,195
0,7	0,064	0,108	0,175
0,75	0,059	0,098	0,159
0,8	0,054	0,09	0,145
0,85	0,052	0,083	0,134
0,9	0,047	0,079	0,119
0,95	0,044	0,074	0,111
1	0,041	0,07	0,105
1,1	0,038	0,063	0,096
1,2	0,035	0,058	0,088
1,3	0,032	0,054	0,082
1,4	0,03	0,05	0,077
1,5	0,028	0,047	0,072
1,6	0,026	0,044	0,069
1,7	0,025	0,043	0,065
1,8	0,024	0,041	0,062

1. Opracowanie wyników

1. Obliczenie niepewności wszystkich uzyskanych wyników pomiarów

Niepewność pomiaru natężenia prądu I_s:

ΔI_s = k * z /100 = 2 * 5 /100 = 0,10 [A]

Niepewność pomiaru natężenia prądu I_a:

ΔI_a=0,5% * I_i + 2 * R

gdzie: R – rozdzielczość miernika

3V	6V	9V
Ia , mA	ΔIa , mA	Ia , mA
0,172	0,00486	0,265
0,168	0,00484	0,259
0,159	0,00480	0,25
0,156	0,00478	0,246
0,152	0,00476	0,242
0,148	0,00474	0,235
0,135	0,00468	0,222
0,128	0,00464	0,211
0,122	0,00461	0,201
0,1	0,00450	0,18
0,089	0,00445	0,15
0,079	0,00440	0,135
0,07	0,00435	0,122
0,064	0,00432	0,108
0,059	0,00430	0,098
0,054	0,00427	0,09
0,052	0,00426	0,083
0,047	0,00424	0,079
0,044	0,00422	0,074
0,041	0,00421	0,07
0,038	0,00419	0,063
0,035	0,00418	0,058
0,032	0,00416	0,054
0,03	0,00415	0,05
0,028	0,00414	0,047
0,026	0,00413	0,044
0,025	0,00413	0,043
0,024	0,00412	0,041

Niepewność pomiaru napięcia U_a

ΔU_a= 0,5% * U + R

Ua, V	ΔUa, V
3	0,02
6	0,03
9	0,05

1. Korzystając z danych wyznaczyć zależność indukcji pola magnetycznego od natężenia prądu płynącego przez solenoid B = f(I_s)

Is, A	0,1	0,25	0,5	0,75	1,0	1,25	1,5	1,75	2	2,25	2,5	2,75	3,0	3,25	3,5
Be, mT	7	9	13,8	18,3	24	29	34	39	44	48,5	53,5	58	62,2	70,2	74

1. Wyznaczenie parametrów kierunkowych prostej B = aI_s + b aproksymującej wyniki przedstawione na wykresie B = f(I_s). Prostą aproksymującą zaznaczyć na wykresie.

Metoda najmniejszych kwadratów:

.

Szukane parametry kierunkowe prostej B = aI_s + b wynoszą:

a = (0,0198 ± 0,0002)

b = (0,0041 ± 0,0004)

1. Korzystając z wyznaczonego równania prostej aproksymującej zależność B = f(I­­_s) obliczyć wartości B_e indukcji pola magnetycznego odpowiadające wartościom natężenia prądu I_s, dla których wyznaczono I_a.

2. Uwzględniając niepewności wyznaczenia wartości I_s (wynikające z klasy dokładności mierników) oraz niepewności S_a i S­_b wyznaczenia współczynników kierunkowych prostej aproksymującej zależność B = f(I_s) metodą różniczki zupełnej obliczenie niepewności określenia wartości B_e.

Is, A	B, mT	ΔB, mT
0,05	5,1077	0,00239
0,1	6,0996	0,00240
0,15	7,0916	0,00241
0,2	8,0835	0,00242
0,25	9,0755	0,00243
0,3	10,067	0,00244
0,35	11,059	0,00245
0,4	12,051	0,00246
0,45	13,043	0,00247
0,5	14,035	0,00248
0,55	15,027	0,00249
0,6	16,019	0,00250
0,65	17,011	0,00251
0,7	18,003	0,00252
0,75	18,995	0,00253
0,8	19,987	0,00254
0,85	20,979	0,00255
0,9	21,971	0,00256
0,95	22,963	0,00257
1	23,955	0,00258
1,1	25,939	0,00260
1,2	27,923	0,00262
1,3	29,906	0,00264
1,4	31,89	0,00266
1,5	33,874	0,00268
1,6	35,858	0,00270
1,7	37,842	0,00272
1,8	39,826	0,00274

1. Sporządzić wykresy zależności I_a = f(B_e)

Wyznaczenie wartości B_kr za pomocą dwóch stycznych do prostoliniowych części wykresu. Punkt przecięcia tych stycznych będący również „zagięciem” charakterystyki I_a = f(B). Styczne zostały umieszczone na powyższych wykresach.

U, V	Bkr ,mT
3	10,1
6	10,6
9	11,2

7. Wyznaczyć wartości e/m dla różnych napięć U_a.

Promień katody magnetronu: r_k = 0,385 ×10^{- 3} [m]

Promień anody magnetronu: r_a = 4,0 ×10^{- 3} [m]

8. Obliczenie wartości średniej wszystkich wyznaczonych wielkości e/m oraz jej odchylenie standardowe. Porównanie uzyskanego wyniku z danymi tablicowymi.

= (1,47 ± 0,06) × 10¹¹ [C/kg]

Wartość tablicowa e/m wynosi:

= 1,76 ×10¹¹ [C/kg]

Wyznaczenie błędu względnego:

$$= \frac{\left| \frac{\overset{\overline{}}{e}}{m} - \frac{e}{m} \right|}{\frac{e}{m}}*100\% = 13,7\%$$

1. Wnioski

• Ładunek właściwy elektronu wyznaczony w doświadczeniu wynosi e/m_d = 1,47⋅10¹¹ [C/kg] Błąd względny wyznaczenia, wynikający z niedokładności urządzeń pomiarowych, wyniósł 13,7%.

• Analizując stosunek e/m możemy stwierdzić że elektron posiada większy jednostkowy ładunek elektryczny niż jednostkową masę co skutkuje przewagą oddziaływań elektrycznych nad grawitacyjnymi.

• Analizując wykresy możemy stwierdzić, że po przekroczeniu indukcji krytycznej następuje gwałtowny spadek prądu, następnie jego maleje do zera.