Ćwiczenia nr 20 efekt magnetronowy, ćw 20


WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

LABORATORIUM FIZYCZNE

Sprawozdanie z Pracy Laboratoryjnej nr 20

Temat pracy: Wyznaczenie 0x01 graphic
z pomiarów efektu magnetronowego

I. Wstęp teoretyczny

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

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

0x01 graphic

gdzie:

0x01 graphic
-wektory pola elektrycznego i indukcji magnetycznej;

q -dodatni ładunek próbny;

0x01 graphic
-wektor prędkości ładunku;

W tym przypadku 0x01 graphic
=0,a q = -e, co prowadzi do związku :

0x01 graphic
0x01 graphic

Wynikiem działania siły na elektron będzie zakrzywienie jego toru w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku wektora 0x01 graphic
.Ponieważ elektron wciąż porusza się w kierunkach prostopadłych do 0x01 graphic
,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

0x01 graphic

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:

0x01 graphic

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 .

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie 0x01 graphic
z pomiarów efektu magnetronowego.

Schemat układu pomiarowego:

0x08 graphic

Rys 1. Układ w którym jest badany efekt magnetronowy

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

Opis ćwiczenia:

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

Dane:

ΔI = 5 mA....................................błąd pomiaru prądu zasilającego cewkę

ΔIa = 5 μA.....................................błąd pomiaru prądu anodowego

ΔU = 0,25 V...................................błąd pomiaru napięcia anodowego

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

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

ra = 0,8 mm.................................promień anody

δra = 0,01 mm...............................błąd promienia anody

rk = 0,05 mm...............................promień katody

δrk = 0,01 mm...............................błąd promienia katody

II. Opracowanie wyników pomiarów

Tabela pomiarowa:

Lp.

I [mA]

Ua = 6 [V]

Ua = 9 [V]

Ua = 12 [V]

Ia [μA]

1.

0

26,0

45,0

66,0

2.

20

27,0

45,5

66,8

3.

40

27,0

46,0

66,5

4.

60

27,0

46,0

67,0

5.

80

27,0

46,0

66,5

6.

100

26,5

46,0

66,5

7.

110

26,5

45,5

66,0

8.

120

25,5

44,5

66,0

9.

130

25,0

44,0

65,0

10.

140

24,5

42,0

64,5

11.

150

22,5

41,5

63,0

12.

160

21,0

39,5

60,

13.

170

17,5

36,5

58,0

14.

180

15,0

32,0

54,0

15.

190

13,0

26,5

47,0

16.

200

11,0

23,5

41,0

17.

220

9,0

19,0

32,0

18.

240

8,0

16,0

27,0

19.

260

7,0

14,5

24,0

20.

280

6,5

13,0

21,0

21.

300

6,0

12,0

19,0

22.

320

5,5

11,0

17,5

23.

340

5,0

10,0

16,0

24.

360

5,0

9,5

15,0

25.

380

4,5

9,0

14,0

26.

400

4,5

8,5

14,0

  1. Wykres zależności Ia= f ( I ) dla różnych wartości Ua= const. (Załacznik nr 1)

  2. Określenie Ikr wykresu oraz zestawienie wyników w tabeli.

Ikr1 = 0,178 A ( dla Ua= 6V)

Ikr2 = 0,188 A ( dla Ua= 9V)

Ikr3 = 0,198 A ( dla Ua= 12V)

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)

6

0,178

0,0024

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0,04

9

0,188

0,0024

0x01 graphic

0x01 graphic

0,03

12

0,198

0,0027

0x01 graphic

0x01 graphic

0,02

3. Obliczenia

3.1 Obliczenie indukcji magnetycznej w pobliżu środka cewki Bkr

Korzystamy ze wzoru:

Bkr = β ⋅ Ikr

Bkr1 =1,35 ⋅ 10-2 T/A ⋅ 0,178 A = 0,240⋅ 10-2 T

Bkr2 =1,35 ⋅ 10-2 T/A ⋅ 0,188 A = 0,244⋅ 10-2 T

Bkr3 =1,35 ⋅ 10-2 T/A ⋅ 0,198 A = 0,267⋅ 10-2 T

3.2 Obliczanie e/m

0x08 graphic
Korzystamy z wzoru:

0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic
3.3 Obliczenie średniej arytmetycznej e/m

3.4 Obliczenie błędów:

0x08 graphic
3.4.1 Obliczanie błędów bezwzględnych granicznych dla poszczególnych pomiarów

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic

0x08 graphic
0x08 graphic

3.4.2 Obliczanie błędów względnych dla poszczególnych pomiarów

0x08 graphic
0x08 graphic
0x08 graphic

3.4.3 Obliczanie wartości średnich:

0x08 graphic
Średni błąd bezwzględny

Średni błąd względny

0x08 graphic

III. Wnioski

0x08 graphic
Wartość ładunku właściwego wyznaczona przez nas wynosi:

Różnica od wartości teoretycznej, która wynosi 1,75⋅1011 C/kg jest równa 0x01 graphic
Na błąd wpłynęła graficzna metoda wyznaczenia prądu krytycznego Ikr co powoduje, że ten błąd nie mieści się nawet w granicy wyliczonego przez nas błędu,

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic



Wyszukiwarka