WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

LABORATORIUM FIZYCZNE

Grupa szkoleniowa C04J mgr inż. Andrzej Wiśniewski
stopień i nazwisko prowadzącego

GOLONKA Marcin

ŁUKASZEWICZ Jarosław

( imię i nazwisko słuchacza)

ocena końcowa ocena przygot.

do ćwiczenia

SPRAWOZDANIE

Z

PRACY LABORATORYJNEJ Nr 20

Temat: Wyznaczanie z pomiarów efektu magnetronowego.

1. Wstęp teoretyczny.

Jeżeli w jednorodnym polu magnetycznym wstrzelimy prostopadle do linii sił tego pola elektron

(o ładunku = -e) z prędkością  ,to na ten ładunek działa siła:

gdzie:

-wektory pola elektrycznego i indukcji magnetycznej;

q -dodatni ładunek próbny;

-wektor prędkości ładunku;

W tym przypadku
=0,a q = -e, co prowadzi do związku :

Wynikiem działania siły na elektron będzie zakrzywienie jego toru w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku wektora
.Ponieważ elektron wciąż porusza się w kierunkach prostopadłych do
,to kąt  stale wynosi /2 i wartość bezwzględna siły Lorentza jest stała ,a więc torem elektronu jest okrąg .Zjawisko to zwie się

efektem magnetronowym .Posłuży ono do wyznaczenia wartości e/m.

Aby tego dokonać należy określić równocześnie trzy wielkości fizyczne :wielkość indukcji magnetycznej, prędkość wstrzelenia elektronu w pole oraz promień okręgu ,po którym on krąży w polu magnetycznym. Trudno jest wyznaczyć przy ustalonym polu magnetycznym krzywiznę toru elektronu ,więc w ćwiczeniu odbędzie się postępowanie odwrotne -- poszukamy pola o takiej indukcji B ,aby elektron krążył z góry wyznaczonym torze (określ. r).

Do tego służy dioda lampowa ,w której cienki drut (katoda) umieszczony jest w osi cylindrycznej anody .Elektrony wychodzące z tejże katody biegną promieniście do anody uzyskując przy tym prędkość

gdzie Ua jest napięciem przyłożonym między katodę i anodę .

W diodzie lampowej o promieniach anody i katody (odpowiednio ra i rk ;ra <rk)

tor elektronowy zostanie tak zakrzywiony ,aby był on styczny do powierzchni anody, czyli promień musi wynosić:

Wartość indukcji w której sytuacja ta nastąpi nazwiemy krytyczną i oznaczymy Bkr

Dioda lampowa umieszczona jest w polu magnetycznym wytwarzanym przez cewkę z prądem .Znając natężenie w polu magnetycznym prądu I płynącego w solenoidzie można wyznaczyć indukcję magnetyczną pola w pobliżu środka cewki za pomocą wzoru :

B =  I

Gdzie  oznacza empirycznie wyznaczoną stałą .

++

Rys. Układ w którym jest badany efekt magnetronowy

W doświadczeniu badana jest zależność prądu anodowego Ia funkcji B przy ustalonym napięciu anodowym.

2. Opis ćwiczenia.

2.1 Opis:

Poszukujemy takiego pola magnetycznego B przy którym elektrony będą krążyć po z góry określonym okręgu. W doświadczeniu badana jest zależność prądu anodowego I_a Przy ustalonym napięciu anodowym.

2.2 Dane:

δI = 5 mA błąd pomiaru prądu zasilającego cewkę

δI_a = 5 μA błąd pomiaru prądu anodowego

δU_a = 0,25 V błąd pomiaru napięcia anodowego

β = 1,35 ⋅ 10^-2 T/A doświadczalnie wyznaczona stała dla cewki

δβ = 0,02 ⋅ 10^-2 T/A błąd wyznaczenia stałej

r_a = 0,8 mm promień anody

δr_a = 0,01 mm błąd promienia anody

r_k = 0,05 mm promień katody

δr_k = 0,01 mm błąd promienia katody

3. Wyniki pomiarów

I [mA]	dla Ua=5 [V]	dla Ua=8 [V]	dla Ua=11 [V]
		Ia [μA]
0	205	388	590
20	210	388	600
40	200	390	595
60	195	385	590
80	195	380	593
100	190	390	585
110	187	385	583
120	185	365	582
130	183	358	575
140	180	355	565
150	170	350	555
160	160	315	535
170	110	283	510
180	93	345	460
190	83	200	400
200	73	185	350
220	60	148	270
240	53	125	228
260	45	110	200
280	40	100	180
300	38	90	160
320	35	83	150
340	30	75	135
360	29	70	128
380	28	65	120
400	26	63	113

4. Wykresy (w załączeniu)

5. Zestawienie wyników

Ua [V]	Ikr [A]	Bkr [T]	e/m [C/kg]	(e/m)śr [C/kg]	Błąd bezwzgl. (e/m)gr [C/kg]	Błąd wzgl. (e/m)
5	0,168	0,0022	1,38⋅10^11	1,81⋅10^11	7,07⋅10^9	0,05
8	0,182	0,0024	1,87⋅10^11			6,18⋅10^9	0,03
11	0,198	0,0026	2,18⋅10^11			5,44⋅10^9	0,02

6. Obliczenia

6.1 Obliczenie indukcji magnetycznej w pobliżu środka cewki B_kr

Korzystamy ze wzoru:

B_kr = β ⋅ I_kr

B_kr1 =1,35 ⋅ 10^-2 T/A ⋅ 0,168 A = 2,27⋅ 10^-3 T

B_kr2 =1,35 ⋅ 10^-2 T/A ⋅ 0,182 A = 2,46⋅ 10^-3 T

Bkr3 =1,35 ⋅ 10-2 T/A ⋅ 0,198 A = 2,67⋅ 10-3 T

6.2 Obliczanie e/m

Korzystamy z wzoru:

6.3 Obliczanie średniej arytmetycznej e/m

6.4 Obliczanie błędów:

6.4.1 Obliczanie błędów bezwzględnych granicznych dla poszczególnych pomiarów

6.4.2 Obliczanie błędów względnych dla poszczególnych pomiarów

6.4.3 Obliczanie wartości średnich:

Średni błąd bezwzględny

Średni błąd względny

7. Wnioski

Wartość ładunku właściwego wyznaczona przez nas wynosi:

Niewiele odbiega ona od wartości teoretycznej, która wynosi 1,75⋅10¹¹ C/kg.
Na błąd wpłynęła graficzna metoda wyznaczenia prądu krytycznego I_kr ,ale nasz wynik i obliczony błąd zawiera w sobie wartość teoretyczną ładunku właściwego, tak że cel został osiągnięty. Ponadto ćwiczenie zostało przeprowadzone z dużą dokładnością, o czym świadczy niewielki błąd względny, który wynosi 3,3 %.

---