Celem ćwiczenia było wyznaczenie ładunku właściwego elektronu tzn. stosunku ładunku elektronu do jego masy (e/m) . Do wyznaczania tej stałej stosuje się dwie metody :

- metodę podłużnego pola magnetycznego,

- metodę poprzecznego pola magnetycznego (tzw. metoda Thomsona).

1. Opis zjawiska fizycznego

Na elektron znajdujący się w polu elektrycznym o natężeniu E działa siła:

Kierunek jest przeciwny do kierunku ze względu na ujemny ładunek elektronu (
).

Prędkość elektronu nabyta w polu elektrycznym

.

Na elektron poruszający się z prędkością
w polu magnetycznym o indukcji działa siła:

Metoda Thomsona polega na odchylaniu wiązki elektronów poruszających się w kierunku prostopadłym do wektora indukcji pola magnetycznego . W przypadku takiego ruchu na elektron działa siła Lorentza , która ma charakter siły dośrodkowej i powoduje , że elektron porusza się po torze kołowym . Odchylenie wiązki można skompensować za pomocą poprzecznego pola elektrycznego wytwarzanego przez przyłożenie napięcia do pary płytek odchylających umieszczonych w obszarze działania pola magnetycznego . Znając wartość tego napięcia wyznacza się ładunek właściwy elektronu .

Metoda podłużnego pola magnetycznego polega na przepuszczeniu wiązki elektronów przez selenoid zgodnie z kierunkiem pola magnetycznego . W takim układzie pole magnetyczne nie wpływa na ruch elektronów , dopiero w momencie nadania elektronowi niewielkiej prędkości poprzecznej poprzez przyłożenie napięcia do płytek odchylających następuje zmiana toru ruchu . Ruch ten jest wtedy superpozycją ruchu jednostajnego prostoliniowego wzdłuż osi x i ruchu jednostajnego po okręgu w płaszczyźnie prostopadłej do osi x z okresem obiegu T . Wykonując taki ruch elektron przetnie ponownie oś x w odległości

l , która nie zależy od składowej poprzecznej prędkości a jedynie od prędkości podłużnej oraz od wartości indukcji pola magnetycznego . Możne zatem przez zmianę wartości indukcji zogniskować elektrony w zadanym punkcie i znając wartości indukcji napięcia przyspieszającego oraz odległość l obliczyć ładunek właściwy elektronu .

2. Pomiary

Metoda podłużnego pola magnetycznego .

Stałe aparaturowe:

n/b=7200±50 zw/m - liczba zwojów selenoidu na jednostkę długości .

l_x=22,1 cm

l_y=18,3 cm

woltomierz:

klasa 1,5

zakres 1,5 kV

amperomierz:

klasa 0,5

zakres 750 mA

μ₀=4π*10^-7 [V*s/A*m] - przenikalność magnetyczna próżni.

Napięcie przyspieszające	Błąd bezwzględny	Natężenie prądu płynącego przez selenoid			Średnie natężenie prądu		Błąd bezwzględny	Ładunek właściwy	Błąd bezwzględny
U	ΔU	I1	I2	I3		I	ΔI	e/m	Δ(e/m)
[V]		[A]						[*10^11 C/kg]
lx= 0,221 m
900	22,5	0,31	0,31	0,32		0,313	0,00375	1,666	0,081
1100	22,5	0,325	0,335	0,32		0,327	0,00375	1,866	0,038
1300	22,5	0,34	0,33	0,34		0,327	0,00375	2,205	0,038
1500	22,5	0,34	0,33	0,33		0,333	0,00375	2,453	0,036
Wartość średnia ładunku właściwego 2,0475
ly= 0,183 m
900	22,5	0,415	0,42	0,43		0,422	0,00375	1,336	0,033
1100	22,5	0,44	0,445	0,445		0,443	0,00375	1,481	0,03
1300	22,5	0,46	0,46	0,46		0,46	0,00375	1,624	0,028
1500	22,5	0,48	0,495	0,49		0,488	0,00375	1,665	0,025
Wartość średnia ładunku właściwego 1,5265

Błędy bezwzględne pomiaru prądu i napięcia:

Δ=

Wyznaczanie ładunku właściwego

Błąd Δ(e/m) wyznaczamy metodą różniczki zupełnej

3.Wnioski

Z powodu awarii urządzenia niemożliwe było przeprowadzenie pomiarów metodą Thomsona.

W metodzie pomiaru przy pomocy podłużnego pola magnetycznego duży wpływ na dokładność pomiarów ma niedokładność zogniskowania wiązki elektronów . Ponadto przybliżenia wartości większości stałych wpływają również na dokładność uzyskanych wyników .

---