Joanna Chruściak Rzeszów, 09.01.2005

I BZ

Gr. LP 2

ĆWICZENIE 24

Wyznaczanie ładunku właściwego e/m elektronów.

1. Zagadnienia do samodzielnego opracowania.

2. Wykonanie ćwiczenia.

3. Przykładowe obliczenia.

4. Tabela pomiarowa.

5. Wnioski.

1. Zagadnienia do samodzielnego opracowania.

Na wiązkę elektronów przechodzących przez obszar, w którym istnieje pole magnetyczne o indukcji B działa siła:

F = e()

Siła ta skierowana prostopadle do kierunku wektora prędkości i do wektora indukcji magnetycznej .

W najprostszym przypadku ruch naładowanej cząstki odbywa się wzdłuż linii indukcji pola magnetycznego. Przy takim ruchu cząstki, kąt α zawarty między wektorem jej prędkości i wektorem indukcji równa się zero lub π, w wyniku czego siła Lorentza jest równa zero. Zatem na cząstkę nie działa pole magnetyczne. W przypadku, gdy (ruch cząstki odbywa się prostopadle do linii indukcji magnetycznej) i siła Lorentza ma wartość oraz skierowana jest prostopadle do wektorów i .

Cząstka zatem porusza się w płaszczyźnie prostopadłej do wektora indukcji magnetycznej, a siła Lorentza pełni rolę siły dośrodkowej:

gdzie:

m - masa cząstki

r - promień krzywizny toru

Z założenia pole jest jednorodne więc B = const. Naładowana cząstka będzie się poruszać po okręgu, którego płaszczyzna jest prostopadła do pola magnetycznego. Kierunek obiegu cząstki zależy od znaku ładunku
cząstki.

Okres obiegu T cząstki po okręgu wynosi:

T =

Pole elektryczne działa na cząstkę z siłą siła ta wytwarza przyspieszenie . Ruch cząstki o masie m i ładunku puszczonej swobodnie w polu jednorodnym jest podobny do ruchu ciała materialnego w ziemskim polu grawitacyjnym.

Praca jaką wykonuje pole elektryczne o natężeniu E nad ładunkiem na drodze ds wynosi: dW = .

Jeżeli różnica potencjałów wynosi U, to przy przesunięciu pole wykonuje pracę:

Skutkiem działania pola jest wzrost prędkości cząstki do wartości:

Biegnąc z taką prędkością elektron lub wiązka elektronów uderza w ekran lampy powodując pojawienie się plamki świetlnej.

Natężenie pola magnetycznego wewnątrz cewek jest równe:

gdzie: R - promień cewki

i - natężenie prądu płynącego przez cewki

n - ilość zwojów w cewce

2. Wykonanie ćwiczenia.

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

Kolejność czynności:

1. Włączyć zasilacz anodowy do sieci i obserwować ekran lampy oscylograficznej. Po pojawieniu się jasnej plamki na ekranie należy za pomocą potencjometrów ustawić plamkę w położeniu zerowym na skali oscylografu. Sprowadzić pokrętłem C i D rozmiar plamki do punktowych a jasność dobrać tak, aby widzieć wyraźny (ostry) świecący punkt.

2. Połączyć obwód według schematu jak na rys. 2. Jest to schemat obwodu wytwarzającego jednorodne pole magnetyczne.

3. Po sprawdzeniu obwodu przez prowadzącego ćwiczenia odczytywać odchylenie plamki na skali y przy kolejnych natężeniach prądu i płynącego przez cewki: 10, 20, 30, 40 mA.

4. Zmienić kierunek prądu w cewkach na przeciwny i ponownie dokonać odczytu wychylenia plamki y przy natężeniach prądu: 10, 20, 30, 40 mA.

3. Przykładowe obliczenia.

dla I=10 [mA] i y=5,5 [mm]

Średnia arytmetyczna:

Błąd bezwzględny:

1.

2.

3.

4.

Średni błąd kwadratowy:

4. Tabela pomiarowa

Lp.	U	l	I1	y1	I2	y2
	[v]	[m]	[A]	[mm]	[A]	[mm]
1	1500	0,3	0,01	5,5	0,01	5,5	1,77∙10^11	1,77∙10^11	1,87∙10^11±0,1∙10^11
2	1500	0,3	0,02	12,5	0,02	12,5	1,94∙10^11	1,94∙10^11	1,87∙10^11±0,07∙10^11
3	1500	0,3	0,03	17	0,03	17	1,88∙10^11	1,88∙10^11	1,87∙10^11±0,01∙10^11
4	1500	0,3	0,04	23	0,04	23	1,91∙10^11	1,91∙10^11	1,87∙10^11±0,04∙10^11

5. Wnioski.

Błędy, jakimi są obarczone wyniki pomiarów w tym ćwiczeniu zależą głównie od wielkości mierzonych, czyli od I od y. Błąd, z jakim podana jest przenikalność magnetyczna próżni jest znikomo mały, oraz odległość cewek od ekranu jest podana z tak dużą dokładnością, że w porównaniu z błędami wielkości mierzonych jest nie istotny.

---