Jonasz Załęski 18.10.2006

150301

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

INSTYTUT FIZYKI

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 52

Temat: Wyznaczanie stosunku e/m elektronu.

Cel ćwiczenia: Wyznaczenie ładunku właściwego elektronu za pomocą prostopadłych pól, elektrycznego i magnetycznego.

Opis układów pomiarowych.

I. Układ do pomiaru e/m metodą poprzecznego pola magnetycznego.

Urządzenia użyte w ćwiczeniu:

- zasilacz sieciowy typ LO-01

- zasilacz lampy oscyloskopowej typ ZO-501

- stabilizator napięcia typ 103

- stabilizator napięcia typ 111

- miliamperomierz LM-3, klasa 0,5

- woltomierz LM-3, klasa 0,5

Opis ćwiczenia:

Lampa oscyloskopowa wystrzeliwuje elektrony, które przechodzą przez prostopadle do ich ruchu skierowane pole magnetyczne (jest ono wytwarzane przez cewki Helmholtza). Pole to powoduje odchylenie toru ruchu elektronów. Aby skompensować to odchylenie należy skompensować je poprzecznym polem elektrycznym.

Po włączeniu zasilania lampy oscyloskopowej, włączono prąd do obwodu cewek i regulując jego natężenie przesunięto plamkę o zadaną wartość y. Następnie przesunięcie to kompensowano przez doprowadzenie do płytek odchylających odpowiednio dobranej wartości napięcia U, przy którym plamka powrócił w położenie zerowe.

II. Układ do pomiaru e/m metodą podłużnego pola magnetycznego.

URZĄDZENIA UŻYTE W ĆWICZENIU:

- urządzenie do pomiaru e/m typ LIF-04 (zawiera lampę oscyloskopową, solenoid, woltomierz), klasa oscyloskopu 1,5

- transformator zasilający urządzenia pomiarowe typ LIF-04-026-2

- miliwoltomierz, klasa 1,5

- zasilacz prądu stałego do zasilania obwodu solenoidu typ SN-103, 0-25V (stabilizator napięcia.

Opis przyrządu:

1. Zacisk solenoidu.

2. Ekran lampy oscyloskopowej.

3. Lampka kontrolna.

4. Wyłącznik solenoidu.

5. Woltomierz

Opis ćwiczenia:

Urządzenie pomiarowe składa się z lampy oscyloskopowej, umieszczonej wewnątrz solenoidu. Do pomiaru napięcia przyspieszającego służy wbudowany do urządzenia woltomierz. Wewnątrz urządzenia wytwarzane jest jednorodne pole magnetyczne. Linie tego pola są równoległe do kierunku w którym elektrony są wystrzeliwane z działa elektronowego. Obecność pola powoduje ruch elektronów po liniach śrubowych. Przy odpowiednim doborze wartości indukcji magnetycznej czas przelotu elektronów na drodze do ekranu pokrywa się z czasem wykonania jednego pełnego obrotu wokół linii sił pola.

Po włączeniu oscyloskopu, na jego ekranie pojawia się świecący odcinek. Gdy włączymy prądu w obwodzie solenoidu i w miarę zwiększania jego natężenia odcinek ten ulega skróceniu. Przyczyną tego zjawiska jest zmiana torów elektronów z prostoliniowych na tory spiralne. Regulując natężenie prądu płynącego przez solenoid można uzyskać zredukowanie śladu wiązki elektronów na ekranie do pojedynczego punktu.

Wyniki pomiarów :

1. Metoda Thomsona:

Kierunek	y	∆y	I [mA]	∆I [mA]	U [V]	∆U[V]
Dół	5 mm	0,5 mm	10,2	0,53	12,1	0,52
						10,2	0,53	11,9	0,52
						10,2	0,53	11,3	0,51
				10 mm		21,8	0,67	22,3	0,62
						21,0	0,66	21,8	0,62
						20,9	0,66	20,8	0,6
				15 mm		32,2	0,8	32,4	0,72
						32,4	0,8	32,4	0,72
						32,4	0,8	31,7	0,71
			Góra	5 mm		14,2	0,57	12,3	0,52
						12,3	0,55	11,3	0,51
						13,2	0,56	11,7	0,52
				10 mm		24,3	0,7	24,0	0,64
						24,0	0,7	23,7	0,64
						24,9	0,71	23,7	0,64
				15 mm		36,0	0,85	36,9	0,77
						35,5	0,84	36,5	0,76
						35,6	0,84	35,3	0,75

2. Metoda podłużnego pola magnetycznego

Kierunek	U [V]	I [mA]	∆ I [mA]	Kierunek	U [V]	I [mA]	∆ I [mA]
Poziomo	1000	322	8,03	Pionowo	1000	462	9,78
						326	8,08			454	9,68
						320	8,00			453	9,67
						323	8,04			461	9,76
						316	7,95			451	9,64
						333	8,16			450	9,63
			1200			331	8,14		1200	476	9,95
						327	8,09			471	9,89
						322	8,03			474	9,93
						336	8,20			473	9,91
						330	8,13			464	9,80
						332	8,15			472	9,90
			1300			333	8,16		1300	481	10,01
						329	8,11			479	9,99
						326	8,08			480	10,00
						322	8,03			484	10,05
						336	8,20			478	9,98
						328	8,10			477	9,97
			1500			342	8,28		1500	486	10,08
						339	8,24			483	10,04
						331	8,14			494	10,18
						332	8,15			500	10,25
						337	8,21			498	10,23
						330	8,13			490	10,13

∆U = 22,5 [V]

Opracowanie wyników:

I. Metoda poprzecznego pola magnetycznego (Thomsona).

Dane:

n= (650 2) - ilość zwojów w cewce Helmholtza

R= (501) mm - promień cewki

d= (4.00.1) mm - odległość płytek odchylających

D= (1101 mm) - średnica obszaru działania pola magnetycznego

L= (901) mm - odległość ekranu od punktu wejścia elektronu w pole magnetyczne

a= (38±1)mm - połowa odległości pomiędzy cewkami

y= 0.5 mm - dokładność odczytu położenia środka plamki

Gdzie przenikalność magnetyczna próżni
[Vs/Am].

Błąd bezwzględny e/m:

Zakres amperomierza: 200 [mA]

Dokładność:

1,25 % rdg + 4 dgt

1 dgt = 0,1 [mA]

Zakres woltomierza: 200 [V]

Dokładność:

1,00 % rdg + 4 dgt

1 dgt = 0,1 [V]

2. Metoda podłużnego pola magnetycznego

n/b=(720050) zw/m - liczba zwojów na jednostkę długości solenoidu

lx=(22,10.1) cm - odległości płytek odchylających od ekranu ( dla odchylania poziomego )

ly=(18,30.1) cm - odległości płytek odchylających od ekranu ( dla odchylania pionowego )

Indukcję magnetyczną B wyznaczyłem ze wzoru:

Natomiast stosunek e/m ze wzoru:

Błąd bezwzględny e/m:

Wnioski

Tablicowa wartość stosunku ładunku do masy elektronu wynosi:

e/m_e = 1,75881962(53) 10¹¹ C/kg

Wyniki otrzymane w doświadczeniu wahają się od ~1,25*10¹¹ do ~2,6*10¹¹ C/kg. Na te rozbieżności może mieć wpływ kilka czynników np. : błąd wynikający z przybliżania wartości stałych czy wielkość i nieostrość plamki, na ekranie lampy oscyloskopowej. Nie bez znaczenia jest też fakt, iż wartość e/m jest wyliczana pośrednio. Nawet niewielki błąd pomiaru, którejś z wartości potrzebnej do obliczeń może prowadzić do znacznych rozbieżności wyników.

Przy zastosowaniu obu metod otrzymałem po dwa wyniki zgodne w granicach oszacowanego błędu z wartością rzeczywistą e/m.

Najbardziej zbliżony do tablicowej wartości jest wynik uśredniony otrzymany w metodzie Thompsona.

7

---