Rzepka Grzegorz Rzeszów 26.04.2007r.

I SD- 6 gr.labolatotyjna

LABORATORIUM FIZYKI

Wyznaczanie ładunku właściwego e/m elektronów .

1. Zachowanie się ładunków elektrycznych w polu elektrycznym i magnetycznym .

2. Lampa Browna .

Ad. 1

Na elektron przechodzący z prędkością v przez obszar, w którym istnieje pole magnetyczne o indukcji B, działa siła:

lub

Siła ta jest skierowana prostopadle do płaszczyzny utworzonej z wektora

prędkości i z wektora indukcji magnetycznej. Zwrot tej siły określa reguła pra­wej ręki lub prawej śruby zgodnie z iloczynem wektorowym. Kierunek wkręca­nia prawej śruby od wektora stojącego na pierwszym miejscu do wektora stoją­cego na drugim miejscu w iloczynie wektorowym określa zwrot wektora siły. W przypadku siły działającej na ładunek ujemny należy zmienić zwrot siły. Na skutek działania tej siły (która jest nazywana siłą Lorentza) elektron poruszający się w polu magnetycznym doznaje jedynie zmiany kierunku ruchu. Rozpatrzmy następujące przypadki.

Niech kąt a zawarty pomiędzy wektorem prędkości elektronu i wektorem indukcji magnetycznej równa się 0 lub π. W tym przypadku siła Lorentza jest równa zeru. Zatem pole magnetyczne nie oddziałuje; ruch naładowanej cząstki odbywa się wzdłuż linii sił pola ruchem jednostajnym.

W drugim przypadku rozpatrzmy ruch cząstki odbywający się prostopadle

do wektora indukcji magnetycznej. W tej sytuacji
i siła Lorentza ma wartość maksymalną:

F = evB

oraz jest skierowana prostopadle zarówno do wektora
jak i
, siła Lorentza odgrywa rolę siły dośrodkowej:

gdzie: m - masa poruszającego się elektronu,

r - promień krzywizny toru.

Jeśli porównamy powyższe zależność, stwierdzimy, że ruch odbywa się po kręgu po okręgu o promieniu:

i okresie:

W trzecim przypadku wektor prędkości
jest skierowany pod dowolnym kątem
do wektora indukcji
. Rozłóżmy wektor prędkości na dwie składowe:

-
- składową równoległą do B,

• 
  - składową prostopadłą do B.

Ad .2

Przyrządem służącym do wyznaczanie ładunku właściwego elektronów jest lampa Browna . Elektrony wybiegające na skutek termoemisji z katody lampy są poddawane działaniu pola elektrycznego pomiędzy katodą a anodą lampy .

Skutkiem działania pola elektrycznego jest wzrost prędkości elektronów od wartości

v = 0 (przy katodzie) do v = v (tuż przy anodzie) , czyli energia kinetyczna elektronu po dojściu do anody wynosi :

gdzie

Elektron biegnący z taką prędkością lub wiązka uderza w ekran lampy powodując pojawienie się plamki świetlnej. Plamka ta zostanie przesunięta o pewną wart. y, gdy wiązka elektronów przed uderzeniem w ekran przejdzie przez jednorodne pole magnetyczne.

Natężenie pola magnetycznego wewnątrz cewki:

R - promień cewki

i - natężenie prądu płynącego przez cewkę

n - liczba zwojów w cewce

Znając wartości sił działających na wiązkę elektronów przechodzącą przez pole magnetyczne

otrzymamy :

Wiedząc , że dla próżni B = ₀ H , ₀ =
oraz wstawiając wartości v możemy zapisać :

stąd :

Promień krzywizny ruchu elektronów r jest zależny od wartości odchylenia plamki y na ekranie lampy oraz z odległości l cewek odchylających od ekranu:

Ostatecznie otrzymamy :

III . Wykonanie ćwiczenia .

Przyrządy : lampa oscylograficzna z układem cewek , miliamperomierz , zasilacz regulowany .

1. Po włączeniu i pojawieniu się plamki na ekranie lampy ustawić plamkę w położeniu zerowym na skali oraz pokrętłami ustawić punktowy rozmiar plamki i jasność (ostry , wyraźny punkt ) .

2. Połączyć obwód wg schematu .

3. Odczytywać wychylenie plamki na skali y przy kolejnych nat . prądu płynącego przez cewki : 10 , 20 , 30 , 40 , 60 mA .

4. Zmienić kierunek prądu w cewkach na przeciwny i ponownie odczytać wychylenia przy tych samych nat. prądu .

5. Tabelka pomiarów .

Lp.	U [V]	l [m]	I1 [A]	y1 [m]	I2 [A]	y2 [m]	e/m (1)	e/m (2)	e/m śr ±e/m
1.
2.
3.
4.
5.

Obliczam
(2) dla kolejnych wartości I:

Obliczam błąd
metodą różniczki zupełnej:

Wnioski:

Z przeprowadzonych pomiarów i wykonanych obliczeń wynika ze ćwiczenie zostało wykonane prawidłowo i dokładnie gdyż wartości
nie różnią się wiele od wartości rzeczywistej w danym środowisku. Również błąd
jest stosunkowo niewielki i wynosi około 0,06 ⋅ 10¹¹.

---