Pomiar ładunku właściwego elektronu (e/m) metodą odchyleń w polu magnetycznym.

Ćwiczenie nr 6.

Temat: Pomiar ładunku właściwego elektronu e/m metodą odchyleń w polu magnetycznym.

Literatura:

1. A. K. Wróblewski, J. A. Zakrzewski – Wstęp do fizyki, 2. M. Jeżewski – Fizyka,

3. D. Holliday, R. Resnick – Fizyka, t. 2,

4. Sz. Szczeniowski – Fizyka doświadczalna cz. 3, 5. H. Szydłowski – Pracownia fizyczna,

6. W. Brański, M. Herman, L. Widowski – Elektryczność i magnetyzm, zbiór zadań z fizyki.

7. J. Smela, T. Zamorski, A. Puch – Pierwsza pracownia fizyczna- przewodnik Wydawnictwo Oświatowe FOSZE, Rzeszów 1995

Cel ćwiczenia:

1. Praktyczne zapoznanie się z ruchem ładunku elektrycznego w jednorodnym polu magnetycznym.

2. Zapoznanie się z budową lampy oscyloskopowej. 3. Wyznaczenie ładunku właściwego elektronu. Zagadnienia kolokwialne:

1. Pole magnetyczne, wielkości charakteryzujące i ich jednostki w układzie SI. 2. Ruch cząstki naładowanej w stałym, jednorodnym polu magnetycznym i

elektrycznym.

3. Pole magnetyczne solenoidu. Obliczanie natężenia pola magnetycznego na osi dwu jednakowych cewek kołowych, których płaszczyzny zwojów są równoległe.

4. Wyznaczanie e/m metodą odchylania wiązki elektronów w polu magnetycznym. Wykonanie ćwiczenia:

2. Włączamy zasilacz oscyloskopu do sieci. Po ukazaniu się plamki na ekranie regulujemy jej jasność i ostrość (jasność plamki winna być stosunkowo mała). Następnie regulujemy położenie plamki, umiejscawiając ją w środku ekranu oscyloskopu.

3. Włączamy prąd w obwodzie cewek odchylających. Regulujemy natężenie prądu opornicą suwakową i mierzymy wychylenie plamki od środka ekranu. Zmieniamy kierunek prądu i ponownie mierzymy wychylenie plamki. Liczymy wartość średnią wychyleń w górę i w dół.

4. Pomiary podane w p. 3 powtarzamy dla kilku różnych natężeń prądu (2-4 pomiary).

Uwaga: Natężenie prądu w obwodzie cewek odchylających nie może przekroczyć 0,4 A.

5. Natężenie pola magnetycznego w centralnym obszarze między cewkami obliczamy ze wzoru:





gdzie: I - natężenie prądu w cewkach odchylających, n – liczba zwojów w cewce,

r – promień cewki (r = 0,044 m),

a - połowa odległości między cewkami (a=0,05 m) 6. Obliczamy e/m ze wzoru:





y - wychylenie plamki na ekranie oscyloskopu,

U – napięcie przyspieszające elektrony w lampie oscyloskopowej (U = 1,5 kV), 0 – przenikalność magnetyczna próżni (0 = 4 10-7 _{A m}

s V

 

), l – odległość środka cewek od ekranu (l=0,3 m),

r – promień cewki (r = 0,044 m),

H – natężenie pola magnetycznego odchylającego bieg elektronów.

8. Obliczyć niepewność maksymalną dla jednego pomiaru e/m. Ocenić wpływ niepewności pomiarowych wielkości y i H na niepewność pomiaru e/m. 9. Określić niepewność pomiarową dla średniej wartości e/m . Podać przedział na

wartość rzeczywistą e/m z określeniem poziomu ufności. Aparatura:

Bateria z podstawką 4,5 V, opornica suwakowa, amperomierz, oscyloskop katodowy (szkolny), przełącznik krzyżowy, linijka, przewody.