[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Politechnika Śląska
Wydział Elektryczny
Semestr II , Grupa T2
LABORATORIUM Z FIZYKI
Temat ćwiczenia:
Wyznaczanie ładunku właściwego e/m
metodą magnetronową
Sekcja IV
Jarosław Duda
Rafał Kocia
I. Wprowadzenie
Do wyznaczania ładunku właściwego e/m stosowaliśmy metodę magnetronową .
Wzięliśmy diodę prostowniczą EZ 81 z cylindrycznymi elektrodami , między którymi
występuje niejednorodne pole elektryczne o natężeniu :
gdzie :
- napięcie anodowe
- promienie anody i katody
Lampa umieszczona jest współosiowo wewnątrz cewki . Pole magnetyczne ma kierunek
prostopadły do kierunku elektronów emitowanych z katody i podążających do dodatniej
anody . Ze strony pól elektrycznego i magnetycznego na poruszające elektrony działa
siła Lorentza :
Pod wpływem tej siły tor elektronu ulega zakrzywieniu i zmienia się pęd , a promień
krzywizny obliczmy porównując siłę Lorentza z siłą odśrodkową :
Krzywoliniowe tory elektronów nazywają się kardioidami , przypominają cykloidy ,
a uproszczeniem jest aproksymacja okręgami .Jeśli przez cewkę nie płynie prąd ,
to indukcja magnetyczna B=0 i elektrony biegną promieniście do anody . Ze wzrostem
wartości indukcji magnetycznej elektrony poruszają się po spiralach o coraz mniejszym
promieniu krzywizny . Przy pewnej , odpowiednio dużej indukcji magnetycznej tory
elektronów nie osiągają anody i natężenie prądu anodowego zaczyna się stopniowo
zmniejszać . Teoretycznie dla powinniśmy obserwować zanik prądu
anodowego . Elektrony termoemisji posiadają różne prędkości , a więc w sytuacji
krytycznej tylko część elektronów będzie zawracać w kierunku katody , a elektrony
wolniejsze będą po torach rozwijających się spiral docierać do anody .
W dowolnym punkcie toru elektron posiada moment pędu względem osi elektrod :
gdzie : r – odległości od osi .
Pod działaniem sił pól elektrycznego i magnetycznego zmienia się pęd
Moment sił wywołuje zmianę momentu pędu :
Ponieważ wektory promienia wodzącego r i natężenia pola elektrycznego E mają ten sam kierunek , a oraz uwzględniając wzajemną prostopadłość wektorów ,
liczbowa zmiana momentu pędu wyniesie : .
Przyjmuje się , że prędkość początkowa elektronu . Całkując równanie
otrzymamy wyrażenie określające moment pędu elektronu w punkcie zetknięcia z anodą :
.
Zakładając , że w warunkach „krytycznych” krzywizna toru wynosi , a tor
jest styczny do powierzchni anody otrzymamy :
Prędkość elektronu w momencie zetknięcia z anodą obliczymy stosując zasadę
zachowania energii :
, skąd :
Wstawiając powyższe wyrażenie do wzoru otrzymamy ostatecznie :
gdzie : - indukcja magnetyczna , przy której elektrony nie dolatują do anody
(natężenie prądu anodowego zmniejsza się do połowy w stosunku
do wartości przy B= 0 )
II. Przebieg ćwiczenia
1. Łączymy obwód wg. schematu
-
+
-
+
2. Ustalamy napięcie anodowe np. i odczytujemy jego dokładną wartość
na woltomierzu .
3. Zmieniając natężenie prądu płynącego przez solenoid w granicach od 0
do 1500 mA co 100mA notujemy zmiany natężenia prądu anodowego
4. Podobne pomiary przeprowadzamy przy trzech różnych wartościach napięcia
anodowego np. 6,8,10 V
5. Rysujemy rodziny charakterystyk
5. Z wykresów określamy wartości krytyczne prądu płynącego przez solenoid
odpowiadające dwukrotnemu spadkowi prądu anodowego (w porównaniu
z wartością początkową ).
6. Obliczmy ładunek właściwy elektronu e/m
gdzie : - promień anody
- promień katody
- stała aparaturowa zależna od geometrii cewki
(rozmiarów , liczby zwojów , liczby warstw uzwojenia)
7. Obliczmy średnią ważoną ładunku właściwego e/m
8. Przeprowadzamy rachunek błędów .
III. Tabela pomiarów
I
[mA]
30
20
30
42
110
19,5
29,5
41,5
200
19
28,5
41,5
300
19
28
40,5
400
18,5
28
40
500
18
27
39,5
600
17
26,5
38,5
700
15
25,5
37
800
11,5
20,5
32,5
... [ Pobierz całość w formacie PDF ]