WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

LABORATORIUM FIZYCZNE

Grupa szkoleniowa C04J mgr inż. Andrzej Wiśniewski
stopień i nazwisko prowadzącego

GRĄDZKI Marek

KANCIAK Krzysztof

( imię i nazwisko słuchacza)

ocena końcowa ocena przygot.

do ćwiczenia

SPRAWOZDANIE

Z

PRACY LABORATORYJNEJ Nr 20

Temat: Wyznaczanie z pomiarów efektu magnetronowego.

1. WSTĘP TEORETYCZNY

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

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

gdzie:

-wektory pola elektrycznego i indukcji magnetycznej;

q -dodatni ładunek próbny;

-wektor prędkości ładunku;

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

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

gdzie U_a jest napięciem przyłożonym między katodę i anodę .

W diodzie lampowej o promieniach anody i katody (odpowiednio r_a i r_k ;ra <r_k)

tor elektronowy zostanie tak zakrzywiony ,aby był on styczny do powierzchni anody, czyli promień musi wynosić:

Wartość indukcji w której sytuacja ta nastąpi nazwiemy krytyczną i oznaczymy B_kr

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 .

1. cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie
z pomiarów efektu magnetronowego.

b) schemat układu pomiarowego

++

Rys. Układ w którym jest badany efekt magnetronowy

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

c) co będziemy mierzyć?

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

2.2 Dane:

δI = 5 mA błąd pomiaru prądu zasilającego cewkę

δI_a = 5 μA błąd pomiaru prądu anodowego

δU_a = 0,25 V błąd pomiaru napięcia anodowego

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

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

r_a = 0,8 mm promień anody

δr_a = 0,01 mm błąd promienia anody

r_k = 0,05 mm promień katody

δr_k = 0,01 mm błąd promienia katody

d) co będziemy obliczali?

Iloraz
, wartość B_kr dla każdego z napięć, oraz błędy wyznaczenia tych wartości

2. OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARU

I [mA]	dla Ua=8 [V]	dla Ua=10 [V]	dla Ua=12 [V]
		Ia [μA]
0	385	520	660
20	390	525	655
40	385	525	670
60	395	530	665
80	390	520	660
100	380	515	655
110	375	510	655
120	370	505	650
130	365	500	645
140	360	490	640
150	338	475	620
160	325	455	595
170	295	430	575
180	240	365	525
190	210	315	465
200	185	275	405
220	150	225	310
240	125	185	265
260	110	170	230
280	100	150	205
300	90	135	190
320	80	120	170
340	75	110	160
360	70	105	145
380	65	100	140
400	60	95	130

4. Wykresy (w załączeniu)

5. Zestawienie wyników

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)
8	0,19	0,0027	1,72⋅10^11	1,87⋅10^11	1,43⋅10^10	8,3%
10	0,2	0,0027	1,95⋅10^11			1,31⋅10^10	6,7%
12	0,22	0,0029	1,93⋅10^11			1,23⋅10^10	6,4%

6. Obliczenia

6.1 Obliczenie indukcji magnetycznej w pobliżu środka cewki B_kr

Korzystamy ze wzoru:

B_kr = β ⋅ I_kr

B_kr1 =1,35 ⋅ 10^-2 T/A ⋅ 0,2 A = 2,7⋅ 10^-3 T

B_kr2 =1,35 ⋅ 10^-2 T/A ⋅ 0,2 A = 2,7⋅ 10^-3 T

B_kr3 =1,35 ⋅ 10^-2 T/A ⋅ 0,22 A = 2,9⋅ 10^-3 T

6.2 Obliczanie e/m

Korzystamy z wzoru:

6.3 Obliczanie średniej arytmetycznej e/m

6.4 Obliczanie błędów:

6.4.1 Obliczanie błędów bezwzględnych granicznych dla poszczególnych pomiarów

6.4.2 Obliczanie błędów względnych dla poszczególnych pomiarów

6.4.3 Obliczanie wartości średnich:

Średni błąd bezwzględny

Średni błąd względny

3. Wnioski

Wartość ładunku właściwego wyznaczona przez nas wynosi:

Niewiele odbiega ona od wartości teoretycznej, która wynosi 1,75⋅10¹¹ C/kg.
Na błąd wpłynęła graficzna metoda wyznaczenia prądu krytycznego I_kr . Wynik teoretyczny mieści się w granicy wyliczonego przez nas błędu, a więc cel ćwiczenia został osiągnięty.

LITERATURA

S. Bartnicki, W. Borys T. Kostrzyński: Fizyka ogólna, ćwiczenia laboratoryjne, cz. I, WAT Warszawa 1994

---