sprawozdanie 24- oddane, studia, studia, sprawozdania, Ćw 24, ćw24 zaliczone


I TD 24.10.2006

Laboratorium z fizyki

Ćw. nr: 24

Wyznaczanie ładunku właściwego 0x01 graphic
elektronów

Krzysztof Sołtysik

L 5


1.Wstęp teoretyczny:

:

Ruch elektronu w polu elektrycznym:

Siła która działa na ładunek wynosi: 0x01 graphic
i jest ona skierowana wzdłuż linii pola. Siła ta wymusza na ładunku jego przyspieszenie, a przez to pole elektryczne wykonuje prace:

0x01 graphic
Gdzie:

U - różnica potencjałów między punktami a, b punkty te to końce skończonej drogi na której wykonywana jest praca.

Praca ta zostaje zamieniona na energię kinetyczną ładunku, bo jest on w ruchu:

0x01 graphic
Po przekształceniach prędkość wynosi:0x01 graphic

Ruch elektronu w polu magnetycznym:

W polu magnetycznym na elektron poruszający się działa siła:

0x01 graphic

Kierunek tej siły jest prostopadły do płaszczyzny, którą tworzą wektory prędkości i indukcji magnetycznej (zwrot i siły wyznaczamy z reguły, śruby prawoskrętnej lub prawej ręki). Pod wpływem tej siły elektron doznaje jedynie zmiany kierunku ruchu. Musimy rozpatrzyć tutaj przypadki:

  1. α = 0 lub α = π

wtedy siła ta równa się zero (bo 0x01 graphic
lub 0x01 graphic
=zero)

0x01 graphic

  1. = 0x01 graphic

Siła ta ma wartość maksymalną bo 0x01 graphic
i jest skierowany prostopadle do wektorów 0x01 graphic
i 0x01 graphic
. Siła ta pełni rolę siły dośrodkowej:

0x01 graphic

m - masa elektronu

r - promień okręgu

Ruch odbywa się po okręgu o promieniu:

0x01 graphic
i okresie: 0x01 graphic

  1. - dowolne (różne od wcześniejszych przypadków)

Rozkładamy wektor 0x01 graphic
na dwie składowe (równoległą do 0x01 graphic
i prostopadłą do 0x01 graphic
). Na składową równoległą siła nie działa. Składowa prostopadła powoduje, że elektron porusza się po okręgu, którego płaszczyzna jest prostopadła do 0x01 graphic
.

Elektron porusza się tutaj po linii śrubowej o skoku: 0x01 graphic

Lampa Browna:

Budowa lampy oscyloskopowej, (czyli Browna) pokazana jest na rysunku poniżej.

0x01 graphic

Na jej ekranie powstaje obraz świetlny obserwowanych sygnałów lub wielkości.

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 0x01 graphic
(przy katodzie) do 0x01 graphic
(tuż przy anodzie), czyli energia kinetyczna elektronu po dojściu do anody wynosi:

0x01 graphic
zgodnie ze wzorem: 0x01 graphic

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

Natężenie pola magnetycznego wewnątrz cewek jest równe :

0x01 graphic
0x01 graphic

R - promień cewki

I - natężenie prądu płynącego przez cewki

N - ilość zwojów w cewce

Znając wartości sił działających na wiązkę elektronów przechodzącą przez pole magnetyczne, mamy:

0x01 graphic
Stąd otrzymujemy: 0x01 graphic

Wiedząc , że dla próżni: B = 0H , 0 =0x01 graphic
oraz wstawiając wartość v możemy napisać :

0x01 graphic
stąd : 0x01 graphic

Promień krzywizny ruchu elektronów wiąże się z wielkością odchylenia plamki y na ekranie lampy oraz z odległości l cewek odchylających od ekranu zależnością:

0x01 graphic
Ostatecznie otrzymamy: 0x01 graphic
.

2. Wykonanie ćwiczenia:

Układ dwóch cewek L wytwarza w przybliżeniu jednorodne pole magnetyczne.

0x01 graphic

0x01 graphic

Po włączeniu zasilacza anodowego do sieci i obserwujemy ekran lampy oscylograficznej. Po pojawieniu się jasnej plamki na ekranie lampy należy za pomocą potencjometrów

ustawić plamkę w położeniu zerowym na skali oscylografu. Sprowadzić pokrętłem C i D rozmiar plamki do punktu, a jasność dobrać tak, aby widzieć wyraźny (ostry) świecący punkt. Następnie odczytujemy wychylenie y plamki od położenia zerowego.

- Oscylograf

3. Tabela z wynikami pomiarów:

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

[ mA]

[mm]

0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic
]

0x01 graphic

10

20

30

40

50

60

5

11

17

23

27

34

26,18

52,35

78,53

104,71

130,89

157,06

0,27

0,60

0,93

1,25

1,47

1,85

2,31

0,0546

0,0548

0,0550

0,0552

0,0553

0,0555

1,40

1,69

1,80

1,85

1,63

1,80

0,38

0,19

0,15

0,13

0,12

0,11

1,74±0,15

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

[mA]

[mm]

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

10

20

30

40

50

60

5

12

17

23

28

34

26,18

52,35

78,53

104,71

130,89

157,06

0,27

0,65

0,93

1,25

1,53

1,85

2,31

0,0546

0,0549

0,0550

0,0552

0,0553

0,0555

1,40

2,02

1,80

1,85

1,76

1,80

0,38

0,19

0,15

0,13

0,11

0,11

4. OBLICZENIA:

k=0,851

U=1020V

N=360

R=0,031m

d=0,037m

0x01 graphic
=2R=0,062m

0x01 graphic
=0,265m

Natężenie pola magnetycznego:

0x01 graphic
=2H0x01 graphic
0x01 graphic
, 0x01 graphic
=kH=k0x01 graphic

-dla pomiarów I(+),I(-)

0x01 graphic
=26,18 0x01 graphic

Odwrotność promienia:

0x01 graphic

-dla wychylenia plamki y+:

0x01 graphic
0x01 graphic
=0x01 graphic

-dla wychylenia plamki y-:

0x01 graphic
0x01 graphic
=0x01 graphic

Ładunek właściwy elektronu:

0x01 graphic

0x01 graphic
=1,2566370x01 graphic

-dla wartości I(+),y(+):

0x01 graphic

-dla wartości I(-),(y-):

0x01 graphic

Ładunek właściwy elektronu obliczony metodą średniej ważonej:

0x01 graphic
; 0x01 graphic

0x01 graphic

ZA = 75 mA; n = 75; 0x01 graphic
; 0x01 graphic

0x01 graphic
- jest błędem odczytu wartości odchylenia plamki; przy dokładności podziałki

0,1[cm] i średnicy plamki ok. 0,1[cm] przyjmuję 0x01 graphic
=0,1[cm]

0x01 graphic
- jest błędem systematycznym pomiaru natężenia prądu płynącego przez cewki i

jest związany z klasą oraz zakresem miliamperomierza ; zatem

0x01 graphic
= 0,00075 [A].

0x01 graphic
=0x01 graphic
0x01 graphic
=0,75mA

0x01 graphic
0,1R=0,0031m

Błąd przy pomiarze natężenia pola magnetycznego obliczony metodą różniczki zupełnej:

0x01 graphic
=2H0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Błąd przy pomiarze odwrotności promienia obliczony metodą różniczki zupełnej:

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic

Błąd ładunku właściwego obliczony metodą różniczki zupełnej:

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Błąd średniej:

0x01 graphic

0x01 graphic

6. Wnioski:

Obliczona wartość ładunku właściwego elektronów 0x01 graphic
wynosi 1,740x01 graphic
, natomiast wartość zamieszczona w tablicach fizycznych wynosi 1,7588020x01 graphic
.Niedokładność pomiarów wielkości fizycznych umożliwiających wyznaczenie ładunku właściwego 0x01 graphic
elektronów wynika z niedokładności układu pomiarowego oraz z ograniczonej dokładności przyrządów pomiarowych. Dużym błędem obarczony odczyt położenia plamki na ekranie lampy oraz błędy przy odczycie prądu z miliamperomierza w porównaniu z dokładnością podanej przenikalności magnetycznej próżni a także odległości cewek od ekranu można uznać jako nieistotne.



Wyszukiwarka