355-sprawozdanie.pdf

(101 KB) Pobierz
Sprawozdaniezwykonanego¢wiczenianr355
Temat: Wyznaczaniestosunku e m dlaelektronu.
Imiƒinazwisko: TomaszPu–lednik
Rokstudi ó w: Wydzia“:
I Wydzia“Informatyki
Zesp ó “: Datawykonania: Ocena: Podpis:
21 12.11.2012
1Wstƒpteoretyczny.
Elektronjestnajmniejsz¡cz¡stk¡elementarn¡materiiposiadaj¡c¡masƒi“adunekelektryczny.
Š adunekelektronujestujemny,ajegowarto–¢bezwzglƒdnawynosi e = 1 . 602 · 10 19 C .Zewzglƒdu
nabardzoma“¡masƒelektronuniepotra myjejzmierzy¢bezpo–rednio.Stosujemywiƒcmetodƒ
po–redni¡,mierz¡cstosunek e m .Stosunek“adunkuelektronudojegomasyspoczynkowejnazywamy
“adunkiemw“a–ciwymimierzymywjednostcekulombnakilogram[ A · s
kg ].
1.1Ruchelektronuwpoluelektromagnetycznym.
Na“adunekelektryczy q dzia“azastronypolaelektromagnetycznegosi“a F ,zwanasi“¡Lorentza
F = q · ( E + V × B ),gdzie E tonatƒ»eniepolaelektrycznego, B indukcjamagnetyczna, V
prƒdko–¢elektronu.Zgodniezdrug¡zasad¡dynamikiNewtona,r ó wnanieruchuelektronuwpolu
elektromagnetycznymmo»emyzapisa¢: d dt ( m · V ) = e · E e ( V × B ).Wprzypadku,gdywektor
indukcji B = 0,r ó wnaniepowy»szeprzyjmujeposta¢: d dt ( m · V ) = e · E .
Przyza“o»eniu,»eprƒdko–¢elektronujestma“awpor ó wnaniuzprƒdko–ci¡–wiat“a( V << c ),
mo»nazaniedba¢relatywistyczn¡zmianƒmasyelektronu.Wtakimprzypadkuelektronprzyspieszany
wpoluelektrycznymor ó »nicypotencja“ ó w U uzyskujeenergiƒkinetyczn¡:
1
2 m · V 2 = e · U
(1)
Energiakinetyczna,jak¡uzyskujeelektronwjednorodnympoluelektrycznymzale»yjedynieod
r ó »nicypotencja“ ó w,jakapanujepomiƒdzydanymipunktamipolaelektrycznego.
1.2Ruchelektronuwpolumagnetycznym.
Je–linaelektrondzia“atylkopolemagnetyczneoindukcji B ,tosi“aLorentzadzia“aj¡cana
elektronporuszaj¡cysiƒzprƒdko–ci¡ V wynosi F = e · ( V × B ).Zr ó wnaniategowynika,»e
naelektrondzia“asi“askierowanaprostopadledop“aszczyznyutworzonejprzezwektory V i B .W
przypadkuszczeg ó lnym,gdyelektronporuszasiƒwjednorodnympolumagnetycznymprostopadle
dowektora B ,si“aLorentzaspe“niarolƒsi“ydo–rodkowej,powoduj¡czakrzywienietoruelektronu.
Oznaczaj¡cpromie«krzywiznytoruelektronuprzez r ,mo»emyzapisa¢:
m · dV
dt = m · V 2
= e · V · B
(2)
r
Zr ó wnania1i2wynika,»e:
e
m =
2 U
B 2 r 2
(3)
Znaj¡c U oraz r orazobliczaj¡c B ,mo»emyokre–li¢ e m .Wprowadzaj¡cpoprawkƒrelatywistyczn¡,
otrzymamy“adunekw“a–ciwyelektronu e m 0 . 1
970794003.258.png 970794003.269.png 970794003.280.png 970794003.291.png 970794003.001.png 970794003.012.png 970794003.023.png 970794003.034.png 970794003.045.png 970794003.056.png 970794003.067.png 970794003.078.png 970794003.089.png 970794003.100.png 970794003.111.png 970794003.122.png 970794003.133.png 970794003.144.png 970794003.155.png 970794003.166.png 970794003.177.png 970794003.188.png 970794003.199.png 970794003.209.png 970794003.220.png 970794003.230.png 970794003.231.png 970794003.232.png 970794003.233.png 970794003.234.png 970794003.235.png 970794003.236.png
1.3Poprawkarelatywistyczna.
Poniewa»pomiaru e m dokonujemyzawszepodczasruchuelektronu,obliczonamasa m r ó »nisiƒ
odmasyspoczynkowejelektronu m 0 zgodniezr ó wnaniem:
m 0
m =
q
1 V 2
c 2
gdzie c prƒdko–¢–wiat“a, V prƒdko–¢elektronu.
Jednak»ezmianamasyelektronuspowodowanaefektemrelatywistycznymjestma“aprzyniewiel-
kichr ó »nicachpotencja“uprzyspieszaj¡cegoelektron.Naprzyk“adprzyma“ymnapiƒciuprzyspie-
szaj¡cym U = 250V,przyrostmasyelektronujestrzƒdu0 . 05%imie–cisiƒwgranicachniepewno–ci
pomiarowejwynikaj¡cejzpomiaru e m .
1.4Obliczaniewarto–ciindukcjimagnetycznej B .
Polemagnetyczneobejmuj¡celampƒpr ó »niow¡wytwarzaj¡cewkiHelmholtza.Abyobliczy¢war-
to–¢ B ,stosujemyprawoBiota-Savartadlaprzewodnikako“owegoopromieniu R ,przezkt ó ryp“ynie
pr¡donatƒ»eniu I .Dladw ó chsymetrycznieustawionychobwod ó wko“owychznajduj¡cychsiƒw
odleg“o–ci a ,sk“adowa B Z obliczonadlapunkt ó wle»¡cychnaosiprzewodnik ó wko“owychwynosi:
8
<
2 # 3 2 9
"
2 # 3 2
"
R 2 +
=
z a
2
z + a
2
B Z = µ 0 · I · R 2
R 2 +
+
:
;
gdzie R promie«obwoduko“owego, µ 0 = 1 . 257 · 10 6 Vs
Am .
Dlaceweku»ytychwtymdo–wiadczeniu a = R = 0 . 2m,aliczbazwoj ó wka»dejcewkiwynosi
n = 154.Ostateczniewarto–¢indukcjimagnetycznej B w–rodkupomiƒdzycewkamiwynosi:
4
5
3 2
· µ 0 · n · I
B =
R
2
970794003.237.png
 
2Schematuk“adupomiarowego.
3Tabelkapomiarowaorazobliczenia.
Nanastƒpnychstronachprzedstawionowynikipomiar ó worazwykonanychoblicze«wkolejnych
tabelachlub,je–litoby“omo»liwe,jakosamodzielneobliczenia.
3
970794003.238.png 970794003.239.png 970794003.240.png 970794003.241.png 970794003.242.png 970794003.243.png 970794003.244.png 970794003.245.png 970794003.246.png 970794003.247.png 970794003.248.png 970794003.249.png 970794003.250.png 970794003.251.png 970794003.252.png 970794003.253.png 970794003.254.png 970794003.255.png 970794003.256.png 970794003.257.png 970794003.259.png
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
m s ]
0
1
5
3
8
v [
0 7
0 6
0 6
0 6
0 7
u ( v )
0 6
0 6
0 6
0 6
0 6
·
·
·
·
·
·
)
0 1 2
0 1 0
0 1 0
0 1 0
0 1 0
C k ]
0 1 2
0 1 1
0 1 1
0 1 1
0 1 1
0 1 1
)
e m
[
·
·
·
·
e m
C k ]
u (
0 1 1
0 1 1
0 1 1
0 1 1
e m [
·
·
·
·
·
·
·
·
C k g ]
1
6
0
1
B [ T ]
e m )
4
4
4
3
e m [
0 1 2
0 1 2
0 1 2
0 1 2
u (
0
0
0
0
= 0 . 0 5
·
·
·
·
I [ A ]
0 . 9 4
1 . 2 0
1 . 4 2
1 . 5 8
= 0 . 0 5
5
5
5
5
r
p o m i a r o w y c h .
u ( B )
3
3
3
3
·
·
·
·
0
0
0
0
r
C k ]
0 1 1
0 1 1
0 1 1
0 1 1
e m [
·
·
·
·
W y n i k i p o m i a r ó w .
5
4
0
4
e m )
·
·
·
·
O b l i c z e n i a n i e p e w n o c i
0 1 2
0 1 2
0 1 2
0 1 2
B [ T ]
u (
4
3
3
3
0
0
0
0
= 0 . 0 4
·
·
·
·
= 0 . 0 4
I [ A ]
5
5
5
5
1 . 2 3
1 . 5 3
1 . 7 9
2 . 0 0
u ( B )
3
3
3
3
r
0
0
0
0
T a b e l a 1 :
r
·
·
·
·
·
C k ]
·
·
·
·
·
0 1 2
0 1 1
0 1 1
0 1 1
0 1 1
e m [
6
6
8
7
5
e m )
T a b e l a 2 :
0 1 4
0 1 2
0 1 2
0 1 2
0 1 2
·
·
·
·
·
u (
B [ T ]
4
3
3
3
3
·
·
·
·
·
0
0
0
0
0
= 0 . 0 3
= 0 . 0 3
5
5
5
5
5
u ( B )
I [ A ]
3
3
3
3
3
0 . 3 6
1 . 5 5
2 . 0 4
2 . 3 9
2 . 7 1
0
0
0
0
0
r
r
·
·
·
·
·
·
·
·
·
·
C k ]
7
7
3
2
6
0 1 1
0 1 1
0 1 1
0 1 1
0 1 1
e m )
e m [
0 1 0
0 1 0
0 1 0
0 1 0
0 1 0
u (
·
·
·
·
·
B [ T ]
·
·
·
·
·
4
3
3
3
3
= 0 . 0 2
0
0
0
0
0
8
0
2
9
1
= 0 . 0 2
u ( B )
5
5
5
5
5
I [ A ]
0
0
0
0
0
1 . 1 5
2 . 6 2
3 . 4 0
3 . 8 3
4 . 1 0
r
r
U [ V ]
U [ V ]
1 0 0
1 5 0
2 0 0
2 5 0
3 0 0
1 0 0
1 5 0
2 0 0
2 5 0
3 0 0
4
970794003.260.png 970794003.261.png 970794003.262.png 970794003.263.png 970794003.264.png 970794003.265.png 970794003.266.png 970794003.267.png 970794003.268.png 970794003.270.png 970794003.271.png 970794003.272.png 970794003.273.png 970794003.274.png 970794003.275.png 970794003.276.png 970794003.277.png 970794003.278.png 970794003.279.png 970794003.281.png 970794003.282.png 970794003.283.png 970794003.284.png 970794003.285.png 970794003.286.png 970794003.287.png 970794003.288.png 970794003.289.png 970794003.290.png 970794003.292.png 970794003.293.png 970794003.294.png 970794003.295.png 970794003.296.png 970794003.297.png 970794003.298.png 970794003.299.png 970794003.300.png 970794003.301.png 970794003.002.png 970794003.003.png 970794003.004.png 970794003.005.png 970794003.006.png 970794003.007.png 970794003.008.png 970794003.009.png 970794003.010.png 970794003.011.png 970794003.013.png 970794003.014.png 970794003.015.png 970794003.016.png 970794003.017.png 970794003.018.png 970794003.019.png 970794003.020.png 970794003.021.png 970794003.022.png 970794003.024.png 970794003.025.png 970794003.026.png 970794003.027.png 970794003.028.png 970794003.029.png 970794003.030.png 970794003.031.png 970794003.032.png 970794003.033.png 970794003.035.png 970794003.036.png 970794003.037.png 970794003.038.png 970794003.039.png 970794003.040.png 970794003.041.png 970794003.042.png 970794003.043.png 970794003.044.png 970794003.046.png 970794003.047.png 970794003.048.png 970794003.049.png 970794003.050.png 970794003.051.png 970794003.052.png 970794003.053.png 970794003.054.png 970794003.055.png 970794003.057.png 970794003.058.png 970794003.059.png 970794003.060.png 970794003.061.png 970794003.062.png 970794003.063.png 970794003.064.png 970794003.065.png 970794003.066.png 970794003.068.png 970794003.069.png 970794003.070.png 970794003.071.png 970794003.072.png 970794003.073.png 970794003.074.png 970794003.075.png 970794003.076.png 970794003.077.png 970794003.079.png 970794003.080.png 970794003.081.png 970794003.082.png 970794003.083.png 970794003.084.png 970794003.085.png 970794003.086.png 970794003.087.png 970794003.088.png 970794003.090.png 970794003.091.png 970794003.092.png 970794003.093.png 970794003.094.png 970794003.095.png 970794003.096.png 970794003.097.png 970794003.098.png 970794003.099.png 970794003.101.png 970794003.102.png 970794003.103.png 970794003.104.png 970794003.105.png 970794003.106.png 970794003.107.png 970794003.108.png 970794003.109.png 970794003.110.png 970794003.112.png 970794003.113.png 970794003.114.png 970794003.115.png 970794003.116.png 970794003.117.png 970794003.118.png 970794003.119.png 970794003.120.png 970794003.121.png 970794003.123.png 970794003.124.png 970794003.125.png 970794003.126.png 970794003.127.png 970794003.128.png 970794003.129.png 970794003.130.png 970794003.131.png 970794003.132.png 970794003.134.png 970794003.135.png 970794003.136.png 970794003.137.png 970794003.138.png 970794003.139.png 970794003.140.png 970794003.141.png 970794003.142.png 970794003.143.png 970794003.145.png 970794003.146.png 970794003.147.png 970794003.148.png 970794003.149.png 970794003.150.png 970794003.151.png 970794003.152.png 970794003.153.png 970794003.154.png 970794003.156.png 970794003.157.png 970794003.158.png 970794003.159.png 970794003.160.png 970794003.161.png 970794003.162.png 970794003.163.png 970794003.164.png 970794003.165.png 970794003.167.png 970794003.168.png 970794003.169.png 970794003.170.png 970794003.171.png 970794003.172.png 970794003.173.png 970794003.174.png 970794003.175.png 970794003.176.png 970794003.178.png 970794003.179.png 970794003.180.png 970794003.181.png 970794003.182.png 970794003.183.png 970794003.184.png 970794003.185.png 970794003.186.png 970794003.187.png 970794003.189.png 970794003.190.png 970794003.191.png 970794003.192.png 970794003.193.png 970794003.194.png 970794003.195.png 970794003.196.png 970794003.197.png 970794003.198.png 970794003.200.png 970794003.201.png 970794003.202.png
 
I = 0 . 01A, U = 1V, r = 2 · 10 3 m.
R = 4 · 10 3 m(przyjƒtozgodniezinstrukcj¡¢wiczenia).
Doobliczeniakolejnychwarto–ciu»ytonastƒpuj¡cychwzor ó w:
8
5 · µ 0 · n · I
5 · p
B =
R
e
m =
2 · U
B 2 · r 2
r
2 U · e
m
v =
s
u 2 ( I )
I 2 + u 2 ( R )
p
p
u ( B ) = B ·
R 2 ,gdzie u ( U ) =
3 ; u ( R ) =
3
t
u ( U )
U
! 2
2 · u ( B )
B
! 2
2 · u ( r )
r
! 2
u ( e
m ) = e
m ·
+
+
t
h e
i 2
n P
m ( e m ) i
e
m
1
u
=
n · ( n 1)
t
h e
i 2
n P
m ( e m ) i
e
m ( U )
1
u
=
n · ( n 1)
s
e
m ( U )
2
e
m ( U )
2
1
v ·
u ( v ) =
U · u
+
u
· u ( U )
5
970794003.203.png 970794003.204.png 970794003.205.png 970794003.206.png 970794003.207.png 970794003.208.png 970794003.210.png 970794003.211.png 970794003.212.png 970794003.213.png 970794003.214.png 970794003.215.png 970794003.216.png 970794003.217.png 970794003.218.png 970794003.219.png 970794003.221.png 970794003.222.png 970794003.223.png 970794003.224.png 970794003.225.png 970794003.226.png 970794003.227.png 970794003.228.png 970794003.229.png
 
Zgłoś jeśli naruszono regulamin