Radosława Nowak 14.10.98
WPPT Fizyka II rok
Ćwiczenie nr 52:
WYZNACZANIE ŁADUNKU WŁAŚCIWEGO ELEKTRONU
Cel ćwiczenia:
Praktyczne zapoznanie się ze zjawiskami ruchu elektronów w polu elektrycznym i magnetycznym oraz z metodami wyznaczania stosunku e/m elektronu.
Część teoretyczna (Opis zagadnień fizycznych).
Na elektron znajdujący się w polu elektrycznym o natężeniu E działa siła:
Praca wykonana przez siłę na dowolnej drodze między punktami 1 i 2 zamienia się na energię kinetyczną elektronu
gdzie U - napięcie między punktami 1 i 2.
Stąd prędkość elektronu nabyta w polu elektrycznym
.
Na elektron poruszający się z prędkością V w polu magnetycznym o indukcji B działa siła:
Jeśli V ^ B, to elektron porusza się po łuku okręgu o promieniu r takim, aby
,
Opis układów pomiarowych.
I. Układ do pomiaru e/m metodą poprzecznego pola magnetycznego.
Do wytwarzania wiązki elektronów służy lampa oscyloskopowa. Pole magnetyczne jest wytwarzane przez cewki Helmholtza (C1,C2), ustawione symetrycznie po obu stronach lampy. Natężenie prądu I płynącego przez cewki mierzono za pomocą amperomierza A. Pole elektryczne wytwarza się między płytkami odchylania pionowego lampy oscyloskopowej, przez przyłożenie napięcia U. Do pomiaru tego napięcia służy woltomierz V.
Po włączeniu zasilania lampy oscyloskopowej i wstępnym wyregulowaniu jasności, ostrości i położenia zerowego plamki świetlnej na ekranie, włączono prąd do obwodu cewek i regulując jego natężenie przesunięto plamkę o zadaną wartość y. Następnie przesunięcie to skompensowano przez doprowadzenie do płytek odchylających odpowiednio dobranej wartości napięcia U, przy którym plamka powrócił w położenie zerowe. Pomiary wartości I oraz U wykonano dla kilku wybranych wartości y.
· Wyniki Pomiarów
Wychylenie plamki w dół:
y [cm]
I [mA]
U [V]
0,5
8,33
9,83
1,0
20,00
23,00
1,5
33,00
35,00
Wychylenie plamki w górę:
y [mm]
11,33
11,67
24,67
24,00
36,17
II. Układ do pomiaru e/m metodą podłużnego pola magnetycznego.
Urządzenie pomiarowe składa się z lampy oscyloskopowej, umieszczonej współosiowo wewnątrz solenoidu. Do pomiaru napięcia przyspieszającego służy wbudowany do urządzenia woltomierz V. Solenoid zasilany prądem stałym z zewnętrznego źródła. Amperomierz A służy do pomiaru natężenia prądu płynącego przez solenoid. Wewnątrz wytwarzane jest jednorodne pole magnetyczne o indukcji B, skierowane wzdłuż osi solenoidu. Do płytek odchylajacych przylożone jest napięcie zmienne.
Na ekranie oscyloskopu jest świecący odcinek (kreska). Po włączeniu prądu w obwodzie solenoidu i w miarę zwiększania jego natężenia świecący odcinek na ekranie ulega coraz większemu skręceniu i skróceniu. Przyczyną tego zjawiska jest zmiana torów elektronów z prostoliniowych na tory spiralne. Regulując natężenie prądu płynącego przez solenoid można uzyskać zredukowanie śladu wiązki elektronów na ekranie do punktu.
· Wyniki pomiarów
wychylenie poziome(x)
900
323,33
1100
330,00
1300
328,33
1500
331,67
wychylenie pionowe(y)
491,67
503,33
525,00
528,33
Część obliczeniowa.
Metoda poprzecznego pola magnetycznego(Thomsona).
DANE:
n= 650 - ilość zwojów w cewce Helmholtza
R= (50±1) mm - promień cewki
a= (38±1)mm - połowa odległości pomiędzy cewkami.
d= (4.0±0.1) mm - odległość płytek odchylających
D= (100±1 mm) - średnica obszaru działania pola magnetycznego
L= (90±1) mm - odległość ekranu od punktu wejścia elektronu w pole magnetyczne
y= ±0.5 mm - dokładność odczytu położenia środka plamki
Indukcję magnetyczną B w obszarze środkowym między cewkami Helmholtza obliczono ze wzoru:
gdzie:
Vs/Am - przenikalność magnetyczna próżni ,
I - natężenie prądu [A],
a następnie stosunek e/m ze wzoru:
/
U - napięcie przyłożone do płytek odchylających sprowadzające odchylenie y do położenia zerowego.
Wyniki obliczeń (metoda Thomsona):
Przesunięcie w dół:
y
[m]
U
[V]
I
[A]
B
[T]
e/m
[C/kg]
De/m
de/m
%
0.005
0,00833
4.855 * 10-4
hermiasta