II. Обработка результатов измерений.




Отчет по лабораторной работе № ЭМ4а

«Определение удельного заряда электрона методом магнетрона»

*

Цели работы:

1) Исследование зависимости анодного тока диода от силы тока в соленоиде;

2) Определение критического тока соленоида и удельного заряда электрона.

Приборы и принадлежности:

Компьютерная модель магнетрона.

Краткий теоретический конспект:

Удельным зарядом электрона называется отношение его заряда к его массе: .

На заряд q, помещенный в электрическое поле напряженностью действует сила . На заряд q, движущийся в магнитном поле (МП) индукцией со скоростью , действует сила Лоренца:

, где .

Так как сила Лоренца перпендикулярна скорости (по определению векторного произведения), то сила Лоренца не совершает работы, а сообщает движущемуся заряду нормальное ускорение, не меняя его скорость.

На заряженную частицу с зарядом +q и массой m, движущуюся в МП индукцией со скоростью под углом к вектору , действует сила Лоренца, которую можно разложить на перпендикулярную и параллельную составляющие: (т.к. ).

Сила сообщает частице центростремительное ускорение:

.

Период вращения частицы: . За один оборот заряд сместится вдоль на расстояние . Таким образом, частица движется по винтовой линии.

Для определения удельного заряда электрона в работе используется цилиндрический магнетрон. Магнетроном называют двухэлектродную электрическую лампу (диод), в которой электроны, летящие от катода к аноду, подвергаются действию как внутреннего электрического, так и внешнего магнитного полей. Внешнее магнитное поле создается соленоидом.

При пропускании через соленоид тока IС возникает МП, которое внутри соленоида близко к однородному. Индукцию такого МП можно найти как: .

Рисунок соленоида

, N – число витков, охватываемых контуром L.

при условии, что l >> dсоленоида.

В диоде между катодом и анодом создается электрическое поле. При этом во внешней цепи лампы возникает анодный ток IA, величина которого зависит от разности потенциалов между анодом и катодом (UA). Чем она больше, тем больше анодный ток. Однако при некотором значении UA анодный ток перестает расти, т.е. достигает насыщения.

На электрон в электрическом поле, создаваемом между катодом и анодом диода, действует сила F = eE.

, где rA – радиус анода, r0 – радиус катода. Значит, .

Таким образом, уравнение движения электрона в электрическом поле между анодом и катодом выглядит так:

– время пролета электрона от катода к аноду.

Удельный заряд электрона вычисляется по формуле:

, где ­– постоянная величина для установки; Iкр. – критический ток.

I. Экспериментальные и расчетные данные.

= 150 В = 200 В = 250 В
, А , мА , А , мА , А , мА
0,1 0,12 0,14 0,15 0,155 0,16 0,17 0,18 0,188 0,195 0,22 0,23 0,24 0,25 31,7 31,5 29,5 25,5 24,0 21,3 16,3 13,5 12,0 12,0 11,4 11,2 11,2 11,2 -0,01 -0,1 -0,4 -0,3 -0,54 -0,5 -0,28 -0,1785 -0,024 -0,02 0,1 0,11 0,12 0,14 0,15 0,16 0,17 0,175 0,18 0,183 0,19 0,195 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25 0,26 0,27 47,9 47,9 47,9 47,0 46,5 45,3 40,9 37,9 35,3 31,0 27,9 24,0 18,0 18,0 18,0 17,5 17,5 17,0 17,0 -0,045 -0,05 -0,12 -0,44 -0,6 -0,52 -1,433 -0,443 -0,78 -0,04 -0,05 -0,05 0,1 0,11 0,12 0,13 0,16 0,17 0,18 0,183 0,195 0,198 0,205 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25 0,26 0,27 64,7 64,7 64,7 64,7 64,7 64,0 62,2 61,0 53,5 51,9 46,3 37,9 29,0 25,0 24,0 24,0 24,0 24,0 -0,07 -0,18 -0,4 -0,625 -0,533 -0,8 -1,68 -0,89 -0,4 -0,1

 

II. Обработка результатов измерений.

1) График зависимости IA(IC) для трёх значений анодного напряжения UA..

2) Графики зависимости от тока в соленоиде IC..

 

 

Вывод: в данной работе были рассмотрены зависимость анодного тока в диоде от силы тока в соленоиде, а также метод определения критического тока соленоида. Кроме того, было определено значение удельного заряда электрона . Среднее по трём опытам значение составило при погрешности 47,5%. При сравнении полученного результата с табличными данными (по модулю ) получаем отклонение от табличного значения на 1,933%. В условиях реального эксперимента погрешность может быть обусловлена следующими факторами: инструментальная погрешность, случайная погрешность в серии измерений, неодинаковость скоростей электронов, нарушение соосности катода и магнитного поля (и, как следствие, ошибки в построении графика зависимости ).



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-07-22 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: