LABORATORIUM FIZYKI
Zdzisław Korzuch	TEMAT:	22.04.97.
ćw. nr 21.	Wyznaczanie stosunku e/m ładunku elektronu do jego masy metodą magnetronu

Część teoretyczna.

Ważnymi wielkościami charakteryzującymi elektron są jago ładunek e i masa m. Tor elektronu podczas jego ruchu w polu elektrycznym i magnetycznym zależy od konfiguracji tych pól oraz od stosunku e/m. ładunku elektronu do jego masy. Jeżeli konfiguracja pól jest zadana i znany jest z doświadczenia tor elektronu w tych polach to można wyliczyć stosunek e/m. Na tym polegają liczne metody pomiaru e/m. dla elektronu, jonów, i innych cząstek naładowanych. Siła magnetyczna F_L jest zawsze skierowana prostopadle do prędkości ruchu ładunku, a więc ma charakter siły dośrodkowej. W jednorodnym stałym polu magnetycznym elektron porusza się po okręgu lub ogólniej po spirali (jeżeli cząstka posiada składową prędkości równoległą do kierunku pola dookoła osi, którą jest kierunek wektora indukcji pola magnetycznego.

W przypadku gdy na cząstkę działają siły zarówno pola magnetycznego jak i elektrycznego, siła wypadkowa jest równa:

Jednym z ważniejszych przypadków ruchu elektronów w polach elektrycznym i magnetycznym prostopadłych do siebie, jest ruch elektronów w lampie zwanej magnetronem. Jedną z odmian magnetronu jest dioda próżniowa o koncentrycznie rozmieszczonych elektrodach. Anoda jest cylindrem metalowym na osi którego znajduje się katoda, która także jest cylindrem o promieniu znacznie mniejszym od anody. Dioda ta znajduje się w jednorodnym polu magnetycznym, którego linie sił są równoległe do osi cylindrów. Przy takim usytuowaniu elektrod elektrony emitowane z powierzchni katody K poruszją się wzdłuż promieni w kierunku anody A (oczywiście w nieobecności zewnętrznego pola magnetycznego) . W obecności pola magnetycznego B na elektrony działa siła magnetyczna F_L - prostopadła do kierunku ich ruchu. Pod działaniem tej siły ruch elektronów jest bardziej złożony, a ich tory są krzywoliniowe. Dla ustalonego napięcia anodowego U_a istnieje pewna krytyczna wartość pola magnetycznego B_k, przy której tory elektronów będą styczne do anody. Dla pola o wartości B<B_k wszystkie elektrony wysyłane z katody K docierają do anody A i natężenie prądu płynącego w magnetronie posiada tą samą wartość co bez pola magnetycznego. Dla pola B>B_k elektrony wysyłane z katody K nie docierają do anody A i prąd w lampie zostaje przerwany.

Obliczenia :

Odczytane z wykresu natężenia krytyczne prądu solenoidu wynoszą odpowiednio:

=4V =0.39A =8V =0.5 A

=6V =0.44A =10V =0.54A

Odczyt z wykresu natężenia krytycznego prądu solenoidu może być różny dla tych samych wartości zadanych (różnice w przeprowadzaniu krzywych) za
przyjąłem średnią arytmetyczną min. i max. przedłużenia prostoliniowego odcinka wykresu.

Błąd wyznaczenia I_k:

A

ΔI_k2 = 0.03 A

ΔI_k3 = 0.03 A

ΔI_k4 = 0.07 A

0.01 A

Średnia wartość stosunek = 28.8.

Wyznaczenie wartości n korzystając ze wzoru:

n- całkowita ilość zwojów solenoidu.

l - długość solenoidu

N = 4164

l= 0.235m

stąd n=17719.15

Obliczanie błędu wyznaczania stosunku metodą różniczki zupełnej.

Obliczam stosunek :

Błąd względny procentowy:

4. Wnioski:

Wzrost prądu solenoidu powoduje spadek prądu anodowego triody. Jest to spowodowane tym, że przyrost natężenia prądu w solenoidzie pociąga za sobą wzrost natężenia pola magnetycznego. Pole magnetyczne wytworzone przez solenoid przenika przez triodę, a elektrony poruszające się w triodzie ulegają odchyleniu, przy czym wartość zakrzywienia toru jest wprost proporcjonalna do wartości wytworzonego przez solenoid pola B.

Podstawowym błędem pomiarowym popełnionym w ćwiczeniu był błąd wyznaczania max. natężenia prądu płynącego w obwodzie solenoidu. Wartość tego błędu jest podyktowana przede wszystkim rozmiarem skali wykonania wykresu i wynosi 0.01 A.

Tablice fizyczne podają, iż wynosi on ca. 1.74 * 10¹¹ C/kg.

1

---