Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
Углеводы вместе с белками, липидами и нуклеиновыми кислотами входят в состав живых организмов и определяют специфичность их строения и функционировани...полностью>>
'Документ'
1.1. Настоящее положение разработано в соответст­вии с гигиеническими требованиями к условиям обу­чения в ОУ (СанПиН 2.4.2.2821-10), утвержденными Пос...полностью>>
'Документ'
1. В соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации от 19.11.2014г. № 1221 «Об утверждении правил присвоения, изменения и аннулирова...полностью>>
'Документ'
на участие в конференции «Меры государственной поддержки малого и среднего предпринимательства в Северо-Кавказском федеральном округе», г. Ессентуки, ...полностью>>

Главная > Документ

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

Лабораторная работа N 28

ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА

  1. Движение электронов в магнетроне

Целью работы является определение удельного заряда электрона методом магнетрона и оценка погрешности его измерения.

Рис. 1. Схема

магнетрона

Удельный заряд частицы - это отношение ее заряда q к массе m . Простейший магнетрон представляет собой двухэлектродную электронную радиолампу (диод), состоящую из цилиндрического анода и расположенного на его оси катода (рис. 1). Лампа помещается в однородное магнитное поле, направленное по ее оси. В данной работе магнитное поле создается соленоидом (катушкой). Индукция магнитного поля изменяется за счет изменения тока в соленоиде.

Удельный заряд электрона оценивается по экспериментально наблюдаемой зависимости анодного тока врадиолампе от тока в соленоиде: . На электрон, движущийся от катода к аноду, действуют две силы: одна - со стороны электрического поля

, (1)

другая - со стороны магнитного поля – сила Лоренца

. (2)

Первая направлена вдоль радиуса от катода к аноду, вторая - перпендикулярно к векторам скорости и индукции магнитного поля.

Рис.2. Влияние магнитного поля на траекторию движения электрона. (Вектор направлен к читателю)

На рис.2 показаны траектории электронов при различных значениях индукции магнитного поля. По мере увеличения индукции поля траектория электрона все более искривляется и при некотором критическом значении индукции электроны не достигают анода, анодный ток в этот момент резко уменьшается.

Рис.2. Влияние магнитного поля на траекторию движения электрона. (Вектор направлен к читателю)

Изображенную на рис.3(а) и 3(б) зависимость силы анодного тока от индукции магнитного поля называют сбросовой характеристикой магнетрона. График а) соответствует идеальной, б) - реальной характеристикам.

Рис.3. Примерный вид идеальной (а) и реальной

(б) сбросовых характеристик магнетрона

Идеальная характеристика получилась бы при одинаковых скоростях движения электронов в строго однородном поле. Реально прекращение анодного тока происходит не скачком, а плавно. Критическое значение B кр индукции магнитного поля соответствует точке перегиба кривой .

Если радиус катода лампы мал по сравнению с радиусом анода , то электрон ускоряется в основном в пространстве вблизи катода, так как напряженность электрического поля отличается от нуля практически только вблизи катода. Вследствие этого и траектория электрона близка к окружности, а диаметр критической траектории можно считать равным радиусу анода

2r кр = R а (3)

2. Вывод расчетной формулы

Сила, действующая на электрон со стороны магнитного поля, сообщает ему нормальное ускорение. По второму закону Ньютона

F M = ma n или (4)

откуда

. (5)

С другой стороны, известно, что

(6)

где - разность потенциалов между катодом и анодом.

Исключая из (5) и (6) и используя (3), получим формулу для удельного заряда электрона

. (7)

Магнитное поле соленоида конечной длины без сердечника рассчитывается по формуле (см. прил.1).

(8)

где Гн/м - магнитная постоянная; - число витков соленоида; L - его длина; D - диаметр; Ic- ток в соленоиде.

Формула для расчета удельного заряда электрона принимает окончательный вид

. (9)

3.Контрольные вопросы

1. В каком случае траектория электрона, движущегося в однородном магнитном поле, представляет собой окружность?

2. При каких условиях траектория электрона, движущегося в скрещенных электрическом и магнитном полях, будет прямолинейной?

3. Заряженная частица прошла ускоряющую разность потенциалов U = 104 В и влетела в скрещенные под прямым углом электрическое (E = 10 кВ/м) и магнитное (B = 0,10 Тл) поля. Найти удельный заряд частицы, если, двигаясь перпендикулярно к обоим полям, частица не испытывает отклонения от прямолинейной траектории.

Рис. 4. Схема установки

4. Схема электрической цепи установки

Электрическая цепь установки (рис.4) состоит из двух частей: цепи соленоида (а) и цепи диода (б), в которых: - амперметр для измерения силы тока в соленоиде; - микроамперметр для измерения силы анодного тока; - вольтметр для измерения анодного напряжения; П1 и П2 - регуляторы тока и напряжения.

5. Порядок выполнения работы

В лаборатории физического практикума кафедры физики УГТУ-УПИ смонтирован магнетрон, изображенный на фотографии на титульном файле данной работы, при этом используется обычная радиолампа (диод), помещенная в относительно длинный соленоид, создающий достаточно однородное магнитное поле, что позволяет применять вышеописанную методику измерения и расчета удельного заряда электрона.

В компьютерном варианте данной работы максимально точно моделируются условия проведения эксперимента, на экране дисплея воспроизводятся миллиамперметр, измеряющий ток соленоида, и микроамперметр, регистрирующий анодный ток в радиолампе, что позволяет практически построить сбросовую характеристику магнетрона.

При этом от экспериментатора требуется аккуратность в проведении опыта и правильность записи результатов измерений, обработки опытных данных, расчета искомой величины и погрешности результата измерений. Измерения можно проводить как при монотонном повышении тока соленоида, так и при его уменьшении. Работать следует только с клавиатурой и мышкой.

Однако прежде чем выполнять экспериментальную часть работы, следует внимательно прочитать теоретическую часть данного руководства и ответить на контрольные вопросы.

  1. Навести курсор на «Измерения», нажать левую клавишу мышки. При этом на дисплее Вашего компьютера появится миллиамперметр и микроамперметр, регистрирующие токи соленоида и радиолампы, соответственно.

2. Ознакомиться с приборами и заполнить таблицу «Средства измерений и их характеристики» отчета (смотри ниже Приложение 2).

3.Записать в отчет данные о параметрах магнетрона. Измерения проводятся при анодном напряжение Ua =6,0+_0,1В.

4.Навести курсор на регулятор тока соленоида, постепенно повышая значения тока в соленоиде снять зависимость анодного тока от силы тока Ic в соленоиде. Рекомендуется снять 18 точек. Результаты измерений внести в таблицу 2 отчета. По экспериментальным данным построить на миллиметровой бумаге график .

5. По полученным данным определить критическое значение тока в соленоиде I C, кр методом графического дифференцирования зависимости , которое осуществляется следующим образом. По парам ближайших точек тока соленоида (таблица 2) найти , и и занести эти результаты в таблицу 3. Построить на миллиметровой бумаге график зависимости , где < I c> есть среднее значение тока двух соседних точек, т.е. на оси абсцисс значение тока соленоида брать между двумя соседними точками. Точку на оси абсцисс, соответствующую максимуму графика принять за I С, кр.

6. Рассчитать удельный заряд электрона по основной расчетной формуле. Сравнить полученный результат с табличным значением удельного заряда электрона.

7. Рассчитать границу относительной и абсолютной погрешности результата измерения удельного заряда электрона по формуле, приведенной в отчете. В случае значительного расхождения опытных и табличных значений повторить измерения.

8. Оформить отчет (см. Приложение 2) и сдать его преподавателю на проверку.

Приложение 1

Индукция поля соленоида без сердечника на его оси может быть найдена по формуле

(П.1.1)

где - общее число витков соленоида, - сила тока в соленоиде, - его дли

на, и - углы между осью соленоида и радиусами -векторами, проведенными от его середины к крайним виткам (см. рисунок).

Из рисунка видно, что

Таким образом, имеем

К расчету индукции магнитного поля соленоида

(П.1.2)

Если (соленоид длинный), то

Приложение 2

ФОРМА ОТЧЕТА

Титульный лист:

У Г Т У - У П И

кафедра физики

О Т Ч Е Т

по лабораторной работе № 28

Измерение удельного заряда электрона методом магнетрона”

Студент__________________

Группа __________________

Преподаватель………………..

Дата ____________________

На внутренних страницах:

1. Основная расчетная формула для определения удельного заряда электрона (пояснить смысл входящих в нее величин).

2. Средства измерений и их характеристики.

Наименование

Средства

Измерения

Предел

Измерений

Цена

Деления

Шкалы

Класс

Точности

Предел основной

Погрешности,

Микроамперметр

Миллиамперметр

3. Параметры соленоида и диода.

а) Соленоид: диаметр = 33,5 мм, длина =50 мм,

число витков = 1870; = 0,5мм, = 1 мм;

б) диод - радиус анода =5,0 мм, = 0,1 мм.

в) Анодное напряжение принять равным 6,0В +_ 0,1В.

б) =..........А (принимается равным половине интервала приращения тока соленоида вблизи критической точки).

4. Схема электрической цепи.

5. Результаты измерений (в форме таблиц 2 и 3).

Таблица 2

Зависимость анодного тока от тока в соленоиде

Ic, мA

Iа, мкА

6. Построение графика

7. Определение критического тока Ic,кр в соленоиде по графику, построенному по данным таблицы 3.

Таблица 3

мкА

,мА

8. Удельный заряд электрона

, Кл/кг

9. Оценка границы погрешности результата измерения

Кл/кг. Округлить до одной значащей цифры.

10. Окончательный результат Кл/кг. Округлить результат измерения, согласовав разряд последней значащей цифры с разрядом погрешности измерения.

11.Выводы по работе (сравнить полученный результат с табличным значением измеряемой величины, проанализировать погрешности и т.д.).



Похожие документы:

  1. Учебное пособие для студентов, обучающихся по специальности «Биология»

    Реферат
    ... вектор, направленный вдоль оси вращения (рис ... сложным траекториям. Это ... после пребывания в магнитном поле, влиянии магнитного поля на нервную систему и ... электрона; движение электрона к поверхности тела; выход электрона ... пробуждать в читателе желание самому ...
  2. Электромагнитные

    Документ
    ... электрического поля в чистом полупроводнике направленное движение будут совершать и электроны, и дырки. На электрические свойства полупроводников сильное влияние ...
  3. Пространство событий

    Документ
    ... движение. Читатель возразит ... траектории, несмотря на то, что его движение является ускоренным!        Рис. 6. Переход электрона со стационарного уровня 1 на ... векторами, ... Чтобы исключить влияние на движение предметов ... направлении полета по магнитно­му полю ...
  4. Образовательная программа основного общего образования Муниципального бюджетного общеобразовательного учреждения

    Образовательная программа
    ... . Ферромагнетики. Магнитное поле Земли. Действие магнитного поля на движущуюся заряженную частицу. Движение заряженной частицы в магнитном поле. Действие магнитного поля на проводник ...
  5. От первоначальных понятий

    Документ
    ... экспериментом. Вектор на рис. 9 указывает предполагаемое направление равномерного движения в ... под влиянием изменяющегося магнитного поля. Мы ... траектории в различных электрических и магнитных внешних полях. Был даже изолирован отдельный электрон ...

Другие похожие документы..