WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA

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

LABORATORIUM FIZYCZNE

Grupa szkoleniowa E5D9 mgr inż. Andrzej

Wiśniewski
stopień i nazwisko prowadzącego

Monika Majewska

Marcin Pytkowski

( imię i nazwisko słuchacza)

ocena

końcowa ocena przygotowawcza

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 ra i rk ;ra <rk)

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.

2.Opis ćwiczenia

2.1 opis

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 empirycznie 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

2. OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARU

I [mA]	dla Ua=6 [V]	dla Ua=8 [V]	dla Ua =10 [V]
		Ia [μA]
0	25,8	39,1	51,1
20	26	39,5	51,9
40	26,1	39,9	52,1
60	26	39,1	51,8
80	26,1	39,0	51,5
100	25	38,9	51,2
110	24,5	38,8	51,1
120	24,2	38,5	51
130	23,9	36,5	49,1
140	23,3	36,2	49
150	22	35,7	48,5
160	20,9	32,5	47,9
170	19	20,9	45,3
180	13	20,6	38,5
190	12	20,9	36
200	11,5	18,2	28
220	9	16,1	22
240	8,2	13,9	19
260	7,1	11,8	17,9
280	6,5	10,2	15,1
300	5,7	9,8	14,1
320	5,1	9,1	13,2
340	4,9	7,9	11,5
360	4,5	7,5	10,9
380	4,1	7,2	10,2
400	4	6,9	9,5

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)
6	0,178	0,00240	1,48⋅10^11	1,73⋅10^11	6,32⋅10^9	0,04
8	0,184	0,00248	1,84⋅10^11			4,35⋅10^9	0,02
10	0,203	0,00274	1,89⋅10^11			5,09⋅10^9	0,02

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 ⋅ 0,178 A = 0,240⋅ 10^-2 T

B_kr2 =1,35 ⋅ 10^-2 T/A ⋅ 0,184 A = 0,248⋅ 10^-2 T

B_kr3 =1,35 ⋅ 10^-2 T/A ⋅ 0,203 A = 0,274⋅ 10^-2 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

Średni błąd względny

3. Wnioski

Wartość ładunku właściwego wyznaczona przez nas wynosi:

Otrzymany przez nas wynik niewiele odbiega od wartości teoretycznej, która wynosi 1,75⋅10¹¹ C/kg.
Na błąd wpłynęła graficzna metoda wyznaczenia prądu krytycznego I_kr ,ale nasz wynik i obliczony błąd zawiera w sobie wartość teoretyczną ładunku właściwego, tak że cel został osiągnięty. Ćwiczenie wykonaliśmy z dużą dokładnością, o czym świadczy niewielki błąd względny, który wynosi 2,6 %.

LITERATURA

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

---