Wyznaczanie stosunku e/m dla elektronu.

Transkrypt

1 Ćwiczni Nr 355. Wyznaczani stosnk / dla lktron. I. Litratra 1. Ćwicznia laboratoryjn z fizyki, część II. Praca zbiorowa pod rdakcją I. Krk i J. Typka, Wydawnictwo Politchniki Szczcińskij. Rsnick D., Holliday, Fizyka t. II, PWN, Warszawa, 1998 II. Taty tortyczn: 1. Rch ładnk w pol agntyczny, siła Lorntza, zastosowani prawa Biota-Saarta do wyznacznia pola agntyczngo wytworzongo przz kołowy przwód z prąd.. Zasada sprpozycji pól agntycznych, praktyczn wyznaczani kirnk siły Lorntza. III. Cl ćwicznia: Cl ćwicznia jst wyznaczni stosnk / dla lktron. Elktrony, któr wsktk zjawiska troisji wydostają się z rozgrzanj katody zostają forowan za poocą pola lktryczngo w wąską wiązkę, przyspiszon napięci od 100V- 600V i skirowan do odkowj, klistj części lapy. Lapa iszczona jst poiędzy cwkai Hlholtza. Prąd płynący przz t cwki wytwarza pol agntyczn. Elktrony w ty pol porszają się po jdny z trzch ożliwych torów: prostoliniowy gdy wktor prędkości lktronów jst równolgły do linii sił wktora indkcji B, po okręg gdy B lb po linii spiralnj gdy kąt iędzy i B jst inny. To zachowani wynika z własności siły Lorntza działającj na porszając się lktrony. Pol agntyczn wytworzon przz cwki Hlholtza jst skirowan wzdłż osi tych cwk. Przz odpowidni połączni stalay kirnk prąd w tych cwkach tak, aby pola agntyczn wytworzon przz obi cwki dodawały się, a ni znosiły nawzaj. Korzystając z prawa Biota-Saarta ożna obliczyć wartość indkcji agntycznj B pola agntyczngo powstającgo na osi cwk. Wzór tn dla dwóch pojdynczych zwojów a postać: 1 B z 0IR R a z 3 3 R a z W wzorz ty żyto oznaczń: R- proiń cwk Hlholtza, w ty doświadczni R=0,, a- odlgłość iędzy cwkai, w ty doświadczni a=0,, z- współrzędna pnkt na osi cwk: oś z pokrywa się z osią cwk, pnkt o współrzędnj 0 lży dokładni poodk cwk., I- natężni prąd w cwkach Hlholtza, µ0=1, V. s/a. Każda z cwk składa się z n zwojów, w ty doświadczni n=154, dlatgo wartość indkcji jst w rzczywistości n razy większa. Dokładni poodk iędzy cwkai z=0 i jśli przyjąć, ż a=r wartość indkcji przyjj w ty ijsc wartość: B 8 n I 5 5 R 0 1

2 Jśli stawiy lapę tak, ż lktrony będą wpadać prostopadl do wktora indkcji B tor ich będzi okrąg. Korzystając z tgo, ż siła Lorntza jst siłą doodkową B oraz z r tgo, ż lktrony zyskją nrgię kintyczną koszt pracy pola lktryczngo otrzyay wzór, który posłży na do wyznacznia stosnk /: B r r- to proiń tor lktronów Jśli poiniy fkty rlatywistyczn, prędkość zyskana przz lktrony przyspiszon napięci ożna wyliczyć z wzor: 3 IV. Wykaz przyrządów: Wykaz przyrządów: Lapa próżniowa, cwki Hlholtza, zasilacz stałoprądowy do zasilania cwk Hlholtza wytwarzających pol agntyczn Constantr/Ntzgrät nirsal, zasilacz lapy dostarczający napięcia przyspiszającgo lktrony DC- Constantr, Grglts Ntzgrät 0-600V, dwa irniki niwrsaln słżąc jako aproirz oraz woltoirz wypożyczyć w pokoj 619, przwody połączniow. Rys. 1. Zstaw poiarowy do wyznaczania stosnk / Rys.. Obwody cwk Hlholtza i lapy próżniowj.

3 V. Wykonani ćwicznia 1. kład połączony jst wdłg schat przdstawiongo na rysnkach 1 i. Aby skopltować tn zstaw nalży: Włączyć aproirz szrgowo poiędzy zasilacz cwk Constantr/Ntzgrät nirsal i cwkę Hlholtza po lwj stroni na zdjęci. W dalszj części zasilacz tn będzi nazywany zasilacz cwk Włączyć woltoirz równolgl do gniazd 0-300V, 50A zasilacza lapy DC- Constantr, Grglts Ntzgrät na zdjęci po prawj stroni. W dalszj części zasilacz tn będzi nazywany zasilacz lapy Wszystki gałki ob zasilaczy skręcić w lwo do opor. Poprosić prowadzącgo zajęcia o sprawdzni poprawności podłącznia.. Włączyć oba zasilacz wyłączniki znajdją się na tylnich ściankach przyrządów, włączyć oba irniki niwrsaln. Odczkać kilka int, w czasi których stabilizj się tpratra włókna żarznia lapy. 3. Środkow pokrętło zasilacza lapy skręcić w prawo do opor, a prawy pokrętł ty z skalą do 300 stawić napięci 100V odczyt na woltoirz. 4. Praw pokrętło zasilacza cwk stawić na 5A ograniczni aksyalngo prąd. Wyłączyć wszlki dostępn oświtlni i odczkać aż wzrok przyzwyczai się do ciności. 5. Lwy pokrętł zasilacza cwk ziniać wartość pola agntyczngo i obsrwować zianę kształt tor wiązki lktronów w lapi. Przy wybrany pol agntyczny obracać OSTROŻNIE lapę wzdłż jj podłżnj osi obsrwjąc zianę kształt tor wiązki lktronów od kolistgo, poprzz spiralny aż do linii prostj. 6. Przy wybrany położni lapy i wartości pola agntyczngo wyznaczyć kirnk wktora indkcji pola agntyczngo B korzystając z jdnj z trzch tod poznanych w szkol dnij: własności iloczyn wktorowgo w zastosowani do siły Lorntza, rgła trzch palców prawj dla ładnk jngo dłoni, rgła prawj dłoni dla ładnk jngo Proszę paiętać, ż siła Lorntza jst siłą doodkową, stąd jj zwrot jst do odka tor - Sprawdzić poprawność wyznacznia kirnk przy różnych kształtach tor wiązki lktronów. - Zapisać fkt tych badań w fori np.: Wktor B skirowany jst pozioo, wzdłż osi cwk, od przdnij cwki do tylnj. waga: kirnk tn oż być inny dla różnych grp stdnckich, gdyż połącznia cwk z zasilacz są okrsowo zinian. 7. Obrócić z powrot lapę tak, aby szczblki drabinki z drt widoczn wwnątrz lapy były łożon pozioo. Ziniając wilkość pola agntyczngo lwa gałka na zasilacz cwk, skorygować położni lapy tak, aby wiązka za każdy raz trafiała dokładni w odk każdgo szczblka. Koljn szczblki poprzczki iszczon są tak, ż gdy wiązka trafia w tn lnt jj proiń wynosi odpowidnio c, 3c, 4c i 5c. 8. stawić napięci przyspiszając lktrony równ V=00 V na zasilacz lapy. Aby dokonać odczyt napięcia ni włączając zwnętrzngo oświtlnia ożna wcisnąć przycisk podświtlający skalę woltoirza. 9. stalić wartość pola agntyczngo pokrętł zasilacza cwk tak, aby wiązka lktronów trafiała w pirwszy lnt drabinki r=0,0. Odczytać z aproirza natężni prąd I[A]. T równiż ożna podświtlić skalę irnika. 10. Ziniać pol agntyczn tak, aby wiązka trafiała w koljn poprzczki drabinki r=0,03, r=0,04, r=0,05 i zapisywać odpowiadając i natężnia prąd.

4 11. Zwiększać napięci na zasilacz lapy co 5V aż do zyskania napięcia 35 V i przy tych napięciach powtarzać poiary z pnktów 9 i 10. waga: Niktórych kobinacji napięć i proini tor lktron r jętych w tabli ni da się przy zastosowanych zasilaczach i cwkach zyskać np. =35V i r=c. Taki pola tabli nalży pozostawić niwypłnion. 1. Wyniki iścić w tabli: [V] r= 0,0 r= 0,03 r= 0,04 r= 0,05 / / / / / dni dla dango Śrdnia wartość / z wszystkich poiarów --- [/s] Zapisać nipwności aksyaln: ΔI=...; Δ=...; Δr= Korzystając z wzorów 1, i 3 zpłnić tablę. W wzorz 3 przyjąć wartość dnią dla dango napięcia. V. Ocna nipwności poiarowych: odwołania do pozycji 1 litratry 1. Obliczyć nipwność standardową poiar dla każdj wartości indkcji agntycznj B: I R ΔI ΔR B B ; I ; R -przyjąć ΔR= I R 3 3. Obliczyć nipwność standardową złożoną poiar podnigo / dla pojdynczgo poiar. Stosjąc wzór 13 z rozdział I. 5.. otrzyay: B r Δ Δr ; ; r B r Obliczyć dnią aryttyczną z wszystkich poiarów stosnk / i jj nipwność typ A. Korzystając z wzor na odchylni standardow dnij, równani z rozdział I otrzyay: n i1 n n 1 4. Obliczyć nipwność typ A stosnk n i1 n n 1 i ; n liczba wyników i ; dla dango napięcia n liczba wyników

5 5. Obliczyć nipwność standardową poiar prędkości dla pięci różnych napięć przyspiszających : 1 VI. Podsowani i wnioski: W wnioskach wskazan jst odnisini się do wartości tablicowych /, ocna wpływ nijdnorodności pola agntyczngo i zanidbania fktów rlatywistycznych w opracowywani wyników.