WYDZIAŁ AUTOMATYKI , ELEKTRONIKI I INFORMATYKI
KIERUNEK : AUTOMATYKA I ROBOTYKA
WYZNACZANIE ŁADUNKU WŁAŚCIWEGO e/m
METODĄ MAGNETRONOWĄ
GRUPA 1 ; SEKCJA 5
GRZEGORZ MAZUR
STANISłAW STYBURSKI
MAREK SUCZYK
Celem ćwiczenia było wyznaczenie ładunku właściwego elektronu e/m metodą efektu magnetronowego.
Do pomiarów użyto zestawu składającego się z dwóch układów elektrycznych
( rys. )
Schemat 1
Układ 1 składał się z : -diody , do której zostało przyłożone napięcie U1=6V ,
-miliamperomierza,służącego do odczytu prądu anodowego ia,
-woltomierza,umożliwiającego ustawienie odpowiedniej wartości
napięcia U2, równego odp. 6.4 ; 8.2 ; 10.3 [V] ,
-układu , umożliwiającego ustawienie napięcia U2.
Układ 2 składał się z :-cewki o indukcji L,
-źródła napięcia U3,
-amperomierza , umożliwiającego ustawienie odpowiedniego natężenia
prądu Im płynącego przez cewkę.
Pomiary dokonywane były w następujący sposób :
zmieniając natężenie prądu płynącego przez cewkę Im w granicach od 0 do 1400mA co 100 mA , mierzone było natężenie prądu anodowego.Obliczenia wykonane zostały dla trzech różnych wartości napięcia U2 równych 6.4 ; 8.2 ; 10.3 .Następnie wyznaczone zostało natężenie krytyczne Ikr odpowiadające odciętej punktu (wykres) , w którym natężenie prądu anodowego zmniejszyło się o połowę swojej wartości początkowej.
Po wykonaniu pomiarów narysowany został wykres (załącznik sprawozdania) przedstawiający zależności ia - natężenia prądu anodowego od Im - natężenia prądu płynącego przez cewkę.Odzytując z wykresu Ikr - natężenie krytyczne dokonane zostały
obliczenia ładunku właściwego wg. poniższego wzoru
gdzie
ra = 2mm - promień anody;
rk = 1mm - promień katody;
b = 5.3 103 m-1 - stała aparaturowa zależna od parametrów cewki.;
m = 1.2566 10-6 VsA-1m-1
otrzymaliśmy następujące wyniki:
1) dla U2 = 6.4 V i Ikr = 0.85 A ; e/m= 1.775185534 1011 C kg -1
2) dla U2 = 8.2 V i Ikr = 0.95 A ; e/m= 1.820825259 1011 C kg -1
3) dla U2 = 10.3 V i Ikr = 0.98 A ; e/m= 2.149248839 1011 C kg -1
Dla powyższych wyników obliczona została średnia ważona szukanej wartości ładunku właściwego : e/m= 1.915086544 1011 C kg -1
Analiza błędów.
1) Błąd całkowity określony został wg. schematu:
bł. całkowity = +-(niepewność pomiaru + dokładność odczytu)
gdzie niepewność pomiaru = (klasa * zakres)/100
tak więc popełnione błędy całkowite wynosiły odpowiednio na przyrządach :
- woltomierz
klasa - 0.2
zakres - 15 V
dokładność odczytu - 0.1 V
niepewność pomiaru - 0.03 V
błąd całkowity = +- 0.13 V
- miliamperomierz ia
klasa - 0.2
zakres_1 - 30 mA (dla 1 pomiaru)
zakres_2 - 75 mA (dla 2 pomiaru)
zakres_3 - 75 mA (dla 3 pomiaru)
dokładność odczytu - 0.1 mA
niepewność pomiaru - 0.06 mA (dla 1 pomiaru)
niepewność pomiaru - 0.15 mA (dla 2,3 pomiaru)
błąd całkowity = +- 0.16 mA
= +- 0.25 mA
- miliamperomierz Im
klasa - 0.2
zakres - 1500 mA
dokładność odczytu - 5 mA
niepewność pomiaru - 3 mA
błąd całkowity = +- 8 mA
2)Błąd systematyczny
Przy trzecim pomiarze popełniony został błąd systematyczny wynikający z
niedokładnego odczytu wartości natężenia prądu anodowego.
Podsumowanie analizy błędów
Po przeanalizowaniu błędów pomiarów , dokonane zostało oszacowanie błędu ostatecznego wyznaczonej wartości ładunku właściwego. W tym celu użyta została metoda różniczki zupełnej.
czyli De/m= +-( 0.0006 1011 C kg -1 )
PODSUMOWANIE
Końcowy wynik pomiarów doświadczenia przedstawia się następująco :
e/m= 1.9151 1011 +-0.0006 1011 C kg -1
Różnica między rzeczywistą wartością ładunku właściwego e/m=1.7588 1011 C kg -1
a otrzymaną średnią ważoną wynosi D(e/m)=0.15627 1011 C kg -1, natomiast między najbardziej zbliżonym wynikiem doświadczenia (pomiar 1), różnica wynosi
D(e/m)1= 0.01637 1011 C kg -1 .Ostatecznie otrzymana wartość ładunku właściwego jest większa od rzeczywistej wartości o 8.7%.
Sprawozdanie z ćwiczenia laboratoryjnego nr 1 22.02.1996