Wyznaczanie e/m za pomocą podłużnego pola magnetycznego

Transkrypt

1 - 1 - Wyznaczanie e/ za poocą podłużnego pola agnetycznego Zagadnienia: 1. Ruch cząstek naładowanych w polu elektryczny i agnetyczny.. Budowa i zasada działania lapy oscyloskopowej. 3. Wyprowadzenie wzoru na e/ dla etody podłużnego pola agnetycznego. Literatura: 1. Jerzy Massalski, Fizyka dla inżynierów cz. II, PWN W-wa W.F. Nozdriew, Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki ogólnej, PWN W-wa 1974, str Tadeusz Dryński, Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki, PWN W-wa 1980, str Szczepan Szczeniowski, Fizyka doświadczalna cz. III, PWN W-wa 197, str , Arkadiusz Piekara, Elektryczność i agnetyz, PWN W-wa 1970, str

2 - - Wprowadzenie 1. Ruch elektronu w polu elektryczny i agnetyczny. Na elektron znajdujący się w polu elektroagnetyczny działa siła Lorentza składająca się z dwóch członów. Pierwszy pochodzi od działania pola elektrycznegoe, drugi od pola agnetycznego o indukcji B. r r r r a = ee + ev B gdzie a r i v r przyśpieszenie i prędkość elektronu. Siła działająca na elektron w polu elektryczny skierowana jest wzdłuż linii sił pola elektrycznego, a w polu agnetyczny prostopadle do kierunku linii sił indukcji agnetycznej i do prędkości v r. Przyśpieszenie wynosi r e r r r a = ( E + v B) Wartość e/ oznacza ładunek właściwy, gdzie: e ładunek elektronu swobodnego asa spoczynkowa elektronu Wielkość e/ jest jedną z podstawowych stałych fizycznych pojawiającą się w zagadnieniach elektrodynaiki klasycznej i kwantowej. Obecnie osiągana dokładność określenia stałej e/ daje: e = 11-1 ( ± ) 10 C kg. Wyznaczanie e/ etodą podłużnego pola agnetycznego. Prędkość elektronu poruszającego się w polu agnetyczny ożna rozłożyć na dwie składowe V^ i V /prostopadłą i równoległą do linii sił pola agnetycznego/ Pole B nie wpływa na składową równoległą prędkości, a wpływa na zianę składowej noralnej prędkości / ruch po okręgu /. W wyniku złożenia tych dwóch ruchów elektron porusza się po linii śrubowej. V^ V e B F

3 - 3 - W ruchu po okręgu siła Lorentza spełnia rolę siły dośrodkowej: Okres obiegu elektronu jest równy: = V R π T = W czasie równy okresowi obiegu elektron poruszający się ruche prostoliniowy wzdłuż linii sił pola przebędzie drogę: Ponieważ V = Vcosα Gdy α jest ały kąte to cosα 1 L = v T π V cosα L = π V L = Stąd wniosek, że wszystkie elektrony wychodzące jednego punktu pod ałyi, lecz różnyi, kątai do kierunku pola B zostaną po wykonaniu jednego obiegu zogniskowane w jedny punkcie. Gdy elektron przyśpieszony został w polu elektryczny o różnicy potencjałów U to uzyskał energie kinetyczną: Po uwzględnieniu poprzednich wzorów otrzyujey: V = eu e = 8π U L B

4 - 4 - Instrukcja wykonania ćwiczenia 1. Aparatura Do wytwarzania struienia elektronów służy lapa oscyloskopowa. Uieszczona jest wewnątrz cewki, w której wytwarza się stałe pole agnetyczne. Cewka ta zasilana jest z zasilacza prądu stałego, a lapa oscyloskopowa przez prostownik oscyloskopu. Płytki odchylania pionowego lapy podłączone są do autotransforatora (transforatora), a płytki odchylania pozioego uzieione. Indukcja agnetyczna cewki wyraża się wzore: gdzie: I natężenie prądu n liczba zwoi d średnica solenoidu L długość cewki B = d μ In + Λ. Przebieg poiarów a) Zestawić aparaturę według scheatu: Urządzenie do poiaru e/ A Wyłącznik prądu skupiającego i odchylania I+At Wyłącznik prądu skupiającego I Transforator regulowany Aperoierz cyfrowy A Zasilacz regulowany I reg 1 At 3 I At Tr Tr reg Woltoierz cyfrowy V 600V 1, 3 regulacje plaki regulacja napięcia przyśpieszającego b) Po uruchoieniu wszystkich przyrządów należy pokrętłe pod lapą oscyloskopową ustawić planowane napięcie anodowe, następnie pokrętłai 1 i 3 zogniskować wiązkę elektronów. Za oent zogniskowania należy uznać taki stan plaki, kiedy przy braku poświaty i ostrych jej granicach jej roziary są inialne. c) Podać na płytki odchylania pionowego niewielkie napięcie zienne z transforatora. Na ekranie powinna ukazać się krótka, pionowa linia. d) Włączyć prąd cewki ogniskującej zwiększając jego natężenie aż do oentu ponownego zogniskowania wiązki elektronów. Poprzez równoczesne wyłączenie napięcia odchylającego i prądu ogniskującego porównać obraz plaki z obraze początkowy. Jeżeli będą się pokrywały uznać

5 - 5 - struień elektronów za zogniskowany i odczytać wartość prądu ogniskującego. Poiar powtórzyć kilkukrotnie. e) Postępowanie opisane w podpunktach b d powtórzyć dla kilku przyśpieszających napięć anodowych. Uwaga! Wzór na e/ jest słuszny, gdy elektron przechodzi jeden zwój linii śrubowej. Do obliczeń wykorzystać następujące dane: długość zwojnicy średnica wewnętrzna zwojnicy liczba zwoi grubość drutu uzwojeń odległość początku płytek od ekranu długość płytek odległość poiędzy nii L = 93 d = 65 n = 630 \ 6 warstw po 105 zw.\ = 0.9 L = 81 = 16 4.