все лабы за первый курс по физике в кумертау / 2-ой семестр / ЛР№46
.docМинистерство образования РФ.
Уфимский государственный авиационный
Технический университет.
Кафедра ЕН и ОТД
Лабораторная работа №46
Тема: «ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА»
Выполнил студент группы АП-13(ЭСС)
Мамонов К. М.
Проверил старший преподаватель
Корниенко Л. М.
2007.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕТРОНА.
Приборы и принадлежности
I. Кенотрон типа 2Ц2С на подставке.
2. Соленоид.
3. Амперметр на 2 А.
4. Миллиамперметр на 150 мА. -
5. Вольтметр на 300 В.'
6. Амперметр на 5 А. 7 Реостат 10000 Ом.
8. Реостат 10 Ом.
9. Реостат 100 Ом.
10. Реостат 30 Ом.
Цель работы: Определение удельного заряда электрона методом магнетрона.
Теория метода МЭМ
Непосредственное измерение массы электрона представляет значительную трудность в виду её малости. Значительно легче определить. удельный заряд электрона, т.е. отношение величины заряда к массе е/m. а по величине заряда е и удельное заряду можно найти массу т • электрона. Для определения е/т могут применяться различные методы. В данной работе применён так называемый метод магнетрона.
Магнетрон представляет собой двухэлектродную электронную лампу (диск) с цилиндрическим катодом и коаксиальным с ним цилиндрическим анодом. Лампа помещена в однородное магнитное поле, силовые линии индукции которого вектора В направлены параллельно образующим электродов.
Катод нагревает нить канала и испускает (эмитирует) электроны. Если к электродам подключить источник питания (+ к аноду, - к катоду), то в промежутке между электродами образуется электрическое поле. Полевые линии
напряжённости которого будут направлены по радиусу от анода к катоду. При этом - на электроны со стороны электрического поля будет действовать сила Fe=-eE
(е - заряд электрона, Е - вектор напряженности электрического поля; знак "-" - показывает, что заряд электрона - отрицательный).
Изменение кинетической энергии электрона при его движении под действием -* силы Fe может быть найдено по формуле: ΔEk = e(φ1 – φ2)
φ1 и φ2 - разность потенциалов начальной и конечной точек пути.
На электрон, движущийся в магнитном поле, действует стела Лоренца, искривляющая траекторию его движения. Величина и направление силы Лоренца определяется формулой: Fл=-е[\/,В],
где Рл - вектор силы Лоренца; е - заряд электрона; V- вектор скорости;
Б - вектор магнитной индукции.
Для упрощения задачи будем считать, что начальная скорость электрона у катода Va =O При В= 0 на электрон действует сила Fe движение электрона (с учетом Уа =О) будет прямолинейным вдоль радиуса (рис. За).
При этом все электроны, эмитируемые катодом, будут достигать анода,, создавая анодный ток /а.
При В>0 на электрон, кроме силы Fe, будет действовать сила Лоренца Гл, искривляющая
траекторию движения электрона. Если В мала, кривизна траектории будет мала, и все электроны будут достигать анода (рис. 3 б).
Порядок выполнения работы.
1. Заносят в отчет цену деления и тип каждого прибора.
2. Собирают схему согласно рис. 5.
3. Предъявляют собранную схему преподавателю или лаборанту для проверки.
БЕЗ ПРОВЕРКИ СХЕМЫ ПРЕПОДАВАТЕЛЕМ ИЛИ ЛАБОРАНТОМ ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ НЕ ПОДКЛЮЧАТЬЧАТЬ
4. Подключают источник накала ( 6,3 В) и устанавливают реостатом rh ток накала 1.75 А;
5. Прогревают катод в течение 2 3 минут, после чего вновь устанавливают ток накала 1.75А. В дальнейшем до окончания измерений -реостат накала НЕ ТРОГАТЬ!
6. Включают анодное напряжение (Ua-220B) и убеждаются в наличии анодного тока по миллиамперметру.
7. Устанавливают максимальное сопротивление реостатом Rc1 и Rc2 и включают питание соленоида и включают питание соленоида - 60 В)
8. Устанавливают одно из рекомендуемых анодных напряжений (см. табл.1).
9. Увеличивая ток соленоида до 1А - через 0,5; от 1А до 4А - через 0,2, записывают в таблицу I для каждого значения силы тока соленоида соответствующую силе анодного тока /а .Установку и отсчет анодного напряжения, силы тока соленоида анодного тока надо, очень тщательно - исключая ошибки "на параллакс" и с точностью до десятых долей деления - на глаз. После каждой установки тока соленоида следует поправлять потенциометром Ra величину анодного напряжения. Необходимо снять 2 характеристики при двух разных анодных напряжениях (из числа рекомендуемых
10. Снятые сбросовые характеристики строят в виде графиков.
Рекомендуемое анодное напряжение Ua=180,190,200,210 В.
|
Ua ,B |
Ic, mA |
4 |
3.8 |
3 |
2 |
1.6 |
1.1 |
0.9 |
0.6 |
0.4 |
0.3 |
0.1 |
|
148 |
Ia, A |
0 |
0.2 |
0.4 |
0.6 |
0.8 |
1 |
1.2 |
1.4 |
1.6 |
1.8 |
2.0 |
|
Ua, B |
Ic, mA |
5.4 |
5.3 |
4.9 |
3.4 |
2.6 |
2 |
1.5 |
1.2 |
0.9 |
0.7 |
0.5 |
|
217 |
Ia, A |
0 |
0.2 |
0.4 |
0.6 |
0.8 |
1 |
1.2 |
1.4 |
1.6 |
1.8 |
2.0 |
a = 0.095 см b = 0.95 см k = 0.014 Тл/А
Iскр1= 0,65 мА Iскр2 = 0,75 мА
B1кр = I1скр*K = 0,65*10-3*0,014 = 0,91*10-5 Тл
e1/m = 8*Ua/B2kp*b2(1-a2/b2)2 = 8*148/((0,91*10-5 )2* 90,25*10-6*(1-90,25*10-8/90,25*10-6)2 =
= 1184/1,7875*10-14 = 6,62*1016
B2кр = I2скр*K = 0,75*10-3*0,014 = 1,05*10-5 Тл
e2/m = 8*Ua/B2kp*b2(1-a2/b2)2 = 8*217/((1,05*10-5 )2* 90,25*10-6*(1-90,25*10-8/90,25*10-6) = = 1736/9,98*10-14 = 3,11*1016
e/m = (e1/m + e2/m)/2 = (2,63*1016 + 1,73*1016 )/2 =2,48*1016 Кл/кг
Δа = 0,001 см ε = Δа/а = 0,001/0,095*100 = 1 %
Δb = 0.01 см ε = Δb/b = 0,01/0,95*100 = 1 %
Δk = 0.001 Тл/А ε = Δk/k = 0.001/0.014*100 = 7 %
Амперметр γ = 0,5
ΔI = (γ*Imax)/100 = 0,5*2/100 = 0,01 А ε = ΔI/Iизм*100% = 0,01/2*100% =0,5%
Миллиамперметр γ = 0,5
ΔI = (γ*Imax)/100 = 0,5*8/100 = 0,04 мА ε = ΔI/Iизм*100% = 0,04/5,4*100% = 0,8%
Вольтметр γ = 4
ΔU = (γ*Umax)/100 = 240*4/100 = 9,6 В ε = ΔU/Uизм*100% = 9,6/217*100% = 4,5%
Δ(e/m) = (Δа/а+Δb/b+ Δk/k+ ΔI/Iизм+ ΔI/Iизм+ ΔU/Uизм)*(e/m) =
= (0,001/0,095+0,01/0,95+0.001/0.014+0,01/2+0,04/5,4+9,6/217)*2.18*1016 = 0.327*1016 Кл/кг
ε = Δ(e/m)/(e/m)*100% = 0.327*1016 / 2,48*1016 = 13%
e/m = 2.48*1016 ± 0.327*1016 Кл/кг ε = 13%
Анодное напряжение: 148
Анодное напряжение: 217
Вывод: Определили удельный заряд электрона методом магнетрона.