ФИЗИКА3 БОЛЬШЕ ГОТОВОГО1 / 1-st / Механика / Лаб 19
.docФедеральное агентство по образованию
Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова
(технический университет)
Кафедра общей и технической физики
Лабораторная работа №19
«Определение удельного заряда электрона методом магнетрона»
Выполнил: студент гр. ВД-04
Голуб М.В.
Проверил: доцент Фицак В.В.
Санкт-Петербург
2005 г.
Цель работы: по "сбросовым" характеристикам магнетрона найти удельный заряд электрона.
Законы и соотношения, использованные в методике к работам:
В упрощенном виде магнетрон представляет собой вакуумный диод, состоящий из двух коаксиальных цилиндров, катода радиусом а и анода радиусом b, который помещен во внешнее однородное магнитное поле , направленное вдоль оси цилиндров. Между катодом и анодом приложено напряжение Uа, создающее электрическое поле ( - такие поля называются скрещенными).
Под действием электрического поля электрон движется ускоренно и его скорость определяется величиной анодного напряжения
.
На движущийся заряд в магнитном поле действует сила Лоренца
.
Так как эта сила перпендикулярна скорости, то электрон будет двигаться по криволинейной траектории с переменным радиусом кривизны R.
Рассмотрим влияние магнитного поля на величину тока диода при заданном значении Ua.
В отсутствии магнитного поля (В = 0) электроны от катода к аноду летят по прямым линиям (см. рис. 2), причем все электроны, испускаемые катодом, достигают анода. При малых значениях В кривизна траектории велика (см. кривую 2). Поэтому и в этом случае все электроны достигают анода (анодный ток остается практически постоянным). При определенном значении радиус кривизны траектории (кривая 3) в этом случае электроны движутся по замкнутым траекториям, и только часть их достигает анода. При дальнейшем увеличении В (кривая 4) практически все электроны возвращаются к катоду и ток в диоде близок к нулю. Таким образом зависимость тока в диоде от В имеет характер «сбросовой» характеристики (рис. 3).
Рабочая схема:
К1, К2, К3, К4 - ключи
R1, R2, R3 - сопротивления
V – вольтметр
A - амперметр
- гальванический элемент
Входящие данные:
N=900 витков
l = 14 см
а = 0,1 мм
b = 9,6 мм
Расчетные формулы:
Формула вычисления критического значения индукции магнитного поля;
- критическая сила тока в соленоиде
Формула вычисления удельного заряда электрона ;
,
где: Ua - анодное напряжение
Вкр – соответствующее критическое значение индукции магнитного поля
b = 9,6 мм (параметр, связанный с геометрией электродов лампы).
, если
; тогда , то есть
Расчетные формулы погрешности:
Формула вычисления среднеквадратичной ошибки результата:
Таблица 1:
Ua , B |
Ic, A |
Ia, mA |
Bкр, Тл |
100 |
0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 |
16,5 16,4 16,2 7,4 5,2 4,2 3,4 2,7 2,3 2,2 2,0 |
8,08·10-3 |
120 |
0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 |
21 20,9 20,3 9,0 6,8 5,6 4,6 3,7 3,1 3,2 2,6 |
8,89·10-3 |
140 |
0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 |
26,4 26,2 25,8 12,1 8,9 7,6 6,2 5,1 4,3 4,0 3,5 |
9,70·10-3 |
Пример вычисления:
Тл
1,3*1011
Таблица 2:
8,7*106
|
10,4*106
|
12,2*106
|
31,3*106
|
|
65,3*10-6 |
79*10-6 |
94,1*10-6 |
|
|
4,3*10-9 |
6,2*10-9 |
8,9*10-9 |
19,4*10-9 |
|
xi yi |
568,1 |
821,6 |
1148 |
2537,7 |
7,6*1013
|
10,8*1013
|
14,9*1013
|
33,3*1013 |
Пример вычисления погрешности:
0,162*1011
Зависимость тока IА в аноде от тока в соленоиде Iс («сбросовая» характеристика) при U=100 В
Зависимость тока IА в аноде от тока в соленоиде Iс («сбросовая» характеристика) при U=120 В
Зависимость тока IА в аноде от тока в соленоиде Iс («сбросовая» характеристика) при U=140 В
Окончательный результат:
(1,00,2)*1011
Вывод: В связи с небольшой погрешностью можно сделать вывод, что магнетрон позволяет достаточно точно найти удельный заряд, по средствам экспериментальных измерений.