36704

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ДВИЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОНА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ И МАГНИТНОМ ПОЛЯХ

Лабораторная работа

Физика

ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №22 ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ДВИЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОНА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ И МАГНИТНОМ ПОЛЯХ Цель работы: Определение опытным и расчетным путем индукции магнитного поля на оси соленоида с помощью законов движения электрона в электрическом и магнитном полях. С соленоид служащий для создания магнитного поля; А амперметр для...

Русский

2013-09-23

290 KB

59 чел.

PAGE  5

Московский государственный университет

путей сообщения РФ (МИИТ)

Кафедра «Физика-2»

Институт, группа ИУИТ, УИС-111  К работе допущен____________________

        (Дата, подпись преподавателя)

Студент Дмитриева Е. В.        Работа выполнена___________________

 (ФИО студента)      (Дата, подпись преподавателя)

Преподаватель Пыканов И. В.   Отчёт принят_______________________          (Дата, подпись преподавателя)

ОТЧЁТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №22

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ДВИЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОНА В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ И МАГНИТНОМ ПОЛЯХ

  1.  Цель работы:

 Определение опытным и расчетным путем индукции магнитного поля на оси соленоида с помощью законов движения электрона в электрическом и магнитном полях.

2. Принципиальная схема установки (или её главных узлов):

                       Анод

    Подписи к рис. 2.

                                                          С - соленоид, служащий для создания магнитного поля;

А - амперметр - для измерения тока соленоида;

Va- вольтметр - для измерения анодного напряжения;

П - потенциометр - для регулирования анодного напряжения;

мА - миллиамперметр - для измерения анодного тока лампы 

           Рис. 1

Рис.2
3. Основные теоретические положения к данной работе
(основополагающие утверждения: формулы, схематические рисунки):

Данная работа посвящена изучению движения электронов, которое происходит в кольцевом пространстве, заключенном между катодом и анодом электровакуумного диода. Катод лампы, имеющий форму длинной нити, располагается вдоль оси цилиндрического анода, так что электрическое поле между анодом и катодом имеет радиальный характер.

Лампа помещается внутри соленоида, создающего однородное магнитное поле, параллельное оси анода. При этом между анодом и катодом вектор индукции магнитного поля перпендикулярен вектору напряженности электрического поля.

В отсутствие внешнего магнитного поля (B=0) электроны движутся к аноду по радиусам. Под действием магнитного поля траектории искривляются, при этом радиусы кривизны траектории зависят от их скорости. В слабом магнитном поле это искривление незначительно, электроны попадают на анод, и анодный ток имеет такое же значение, как и в отсутствие магнитного поля. При некотором критическом значении индукции магнитного поля В траектории электронов касаются поверхности анода, анодный ток резко падает. При В>Вkp электроны нe достигают анода и ток через лампу прекращается.

Как видно из рисунка, каждая из трaекторий электрона имеет непостоянную кривизну, что обусловлено его движением от катода к аноду с переменной скоростью.

Начальные скорости электронов эмиссии различны. Это сказывается на характере спада анодного тока. Из-за неодинаковости начальных скоростей электронов радиусы кривизны их траекторий при одних и тех же величинах индукции магнитного поля различны. Поэтому резкий спад анодного тока происходит не при одном значении, а в достаточно широком интервале значений магнитной индукции. Сглаживание кривой, изображающей зависимость анодного тока от величины магнитной индукции, может быть вызвано также неполной коаксиальностью анода и катода и неточностью ориентирования внешнего магнитного поля относительно оси катода.

Эксперимент заключается в том, что при заданном напряжении между анодом и катодом лампы фиксируется ее анодный ток при различных значениях индукции магнитного поля на оси соленоида. Результаты этих измерений позволяют определить критическое значение магнитной индукции, при котором величина анодного тока резко падает.

Считая соленоид бесконечно длинным, можно полагать, что величина индукции магнитного поля в соленоиде B прямо пропорциональна силе тока Ic текущего в его обмотке,

                                          

(1)

где К - коэффициент, зависящий от конструкции соленоида. Тогда из графика зависимости Ia=f(Ic) определяется значение тока соленоида, соответствующего критическому режиму Ic kp, а затем из формулы (1) вычисляется значение Bkp (коэффициент К указан на стенде).

Значение Вkp, можно получить и расчетным путем. На электрон, движущийся в однородном магнитном поле, действует сила Лоренца:

(2)

модуль которой

 

(3)

где е - модуль заряда, V - скорость электрона, В - индукция магнитного поля, α - угол между направлениями векторов V и В.

В рассматриваемом случае векторы V  и В взаимно перпендикулярны и величина силы Лоренца равна

(4)

Будучи перпендикулярной вектору скорости электрона в любой точке траектории, эта сила является центростремительной. Тогда уравнение движения электрона имеет вид

(5)

где    m - масса 'электрона,

         r - радиус кривизны его траектории.


Из формулы (5) следует, что

 

       (6)

В критическом режиме радиус кривизны траектории электрона приближенно можно считать равным половине радиуса анода

(7)

При движении электрона между анодом и катодом лампы электрическое электрическое поле совершает работу, которая идет на увеличение кинетической энергии электрона. Пренебрегая начальными скоростями электронов, имеем

(8)

где  Uа - анодное напряжение.

Тогда, учитывая соотношения (1), (6)-(8), получаем следующее выражение для вычисления критического значения индукции магнитного поля

 (9)

Эта величина сравнивается со значением Вкр, полученным экспериментально, и по их совпадению судят о правильности выбранных исходных положений, использованных для описания движения электронов во взаимноперпендикулярных электрическом и магнитном полях, а также о работоспособности экспериментальной установки.


4. Таблицы и графики

Таблица 1. Результаты измерений.

 

Ua1=6,В

Ua2=8,В

Ua3=10,В

 

Ic,A

Ic,A

Ic,A

1

0,25

0,09

0,11

0,13

2

0,5

0,08

0,1

0,12

3

0,75

0,07

0,09

0,11

4

1

0,05

0,07

0,09

5

1,25

0,03

0,05

0,08

6

1,5

0,02

0,03

0,05

7

1,75

0,008

0,02

0,03

8

2

0,004

0,008

0,02

9

2,25

0,001

0,004

0,008

10

2,5

0,0005

0,002

0,005

0

0,1

0,11

0,13

Таблица 2. Результаты вычислений.

 

эксперементальные

теоретические

 

Ua (B)

Ic кр (A)

Вкр (Тл)

Ic кр (A)

Вкр (Тл)

6

1

0,00421

1,225639397

0,005159942

8

1,25

0,0052625

1,415246471

0,005958188

10

1,5

0,006315

1,582293657

0,006661456

              5. Расчёт погрешностей измерений 

(указать метод расчёта погрешностей).

Расчет процентного расхождения Ic кр (эксп) и Ic кр (теор):

Ic кр (эксп) – 100%

Ic кр (теор) – х%

для Ua1=6,В  х=123%

для Ua2=8,В  х=112,8%

для Ua3=10,В х=105,3%

Подпись студента:


Лист – вкладыш

5. Расчёт погрешностей измерений (продолжение):


7. Дополнительная страница

(для размещения таблиц, теоретического материала и дополнительных сведений).


EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

82097. МЕТАФІЗИКА УКРАЇНСЬКОЇ ІДЕЇ В КОНТЕКСТІ ЇЇ ЕТНОСОЦІАЛЬНИХ ЗМІН НА МЕЖІ ТИСЯЧОЛІТЬ 1.89 MB
  Звертання філософів до метафізичного аналізу ідеї українського етносу відображає історичні аспекти змін звичайних та надзвичайних форм національного буття інформаційного суспільства, хоча впродовж майже 200 років підкреслювання тези про метафізичні засади будь-чого вважали проявом нібито антинаукового світогляду.
82098. Проектирование беспроводной сети Wi-Fi на основе стандарта 802.11n в общежитии № 2 Алматинского Института Энергетики и Связи 1.64 MB
  Перечень подлежащих разработке в дипломном проекте вопросов или краткое содержание дипломного проекта: Общие понятия беспроводного доступа WiFi характеристики стандарты. Выбор оборудования системы беспроводного доступа. Расчет зоны покрытия точек доступа Охрана безопасности и жизнедеятельности...
82099. Проектирование и расчеты электрических сетей освещения цехов промышленных предприятий 4.22 MB
  Целью данного пособия является оказание методической помощи при изучении курса МДК 01.03 «Электрическое и электромеханическое оборудование» студентами выпускных курсов колледжа по специальности 140448 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования.
82100. СТАНОВЛЕНИЕ ЛОКАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РОСТА И РАЗВИТИЯ В ГОРОДАХ МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ: ВОЗМОЖНОСТИ И ОГРАНИЧЕНИЯ 414 KB
  Вышеперечисленные исследования власти в городах России в теоретическом плане базируются как на западном, так и на отечественном опыте изучения локальной политики. Однако несмотря на относительную популярность данного направления в последнее время малые и средние города в рамках данного направления...
82101. Анализ содержательной модели американского инфлайт-издания «AmericanWay» 1.82 MB
  Авиажурнал (или инфлайт-журнал) будучи одним из представителей корпоративных СМИ, стал участником медиа соревнований. Мы предлагаем остановить свое внимание на журналах данного вида бортовой прессы и исследовать их содержательную модель.
82102. Зиянды шығыстың таралуын есептеу 130.8 KB
  Құрылыс материалдардың даму тендециясының бірі өндірістің бірден өсуі,өнімдердің сапасын жоғарлату, жаңа өнімдерді шығаруды ұйымдастыру, цементтің-кірпіштің тиімді түрлерін шығару, қазіргі заманның қуатты қондырғыларын пайдалану болып табылады.
82103. Алгоритм ориентирования сверхлегкого БПЛА по данным бортового фото-видео регистратора 1.45 MB
  В современном мире для решения задач мониторинга местности все чаще стали применятся беспилотные летательные аппараты БПЛА которые могут выполнять поставленную им задачу например полет по маршруту по заданным точкам в автоматическом режиме.
82104. СОБЫТИЙНЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ В РАЗВИТИИ ТУРИСТИЧЕСКОЙ ИНДУСТРИИ РЕГИОНА (НА ПРИМЕРЕ ВОЛОГОДСКОЙ ОБЛАСТИ) 594 KB
  Важно также учитывать влияние глобальных процессов, таких как социальная мобильность, медиатизация и урбанизация, на преобразования, происходящие в регионах. Эти процессы интересны тем, что они приводят к интенсификации взаимосвязей между центральными и региональными системами.
82105. Электрогидравлический привод подачи фрезерного станка 1.61 MB
  Отсчет перемещения стола 10 относительно станины 9 осуществляется линейным индуктосином 11, который является индуктивным датчиком перемещения. Измерение осуществляется за счет сдвига вектора магнитной индукции при перемещении движка индуктосина относительно основной шкалы...