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

52 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

23301. Байрон. Еволюція творчості 24.95 KB
  Байронізм. Поема Манфред Байронічна течі байронізм – не прийняття дійсності відторгнення. Мазепа Цікавою особливо для українського читача є романтична поема Мазепа останній з творів про сильну особистість байронічного типу.
23302. Історія української культури 22.5 KB
  Українська наука та національна культура. Народна культура та її матеріальні і духовні складові та їх елементи. Культура і побут населення України 1. розвитку і представлений кількома історикогеографічними регіонами: Полісся та Волинь Волинська Рівненська Житомирська Чернігівська частина Київської та Сумської областей Карпати Львівська ІваноФранківська Закарпатська Чернівецька області Поділля Хмельницька Рівненська частина Житомирської областей Наддніпрянська Україна або середина Подніпров’я Черкаська Кіровоградська...
23303. Культурно-мистецьке життя Київської держави 26 KB
  Запровадження християнства Образотворче мистецтво Київської держави архітектура Літературний процес Київської держави Література: 1. Перша стадія Київської держави умовно поділяється на два великих етапи згідно з археологічними розкопками та літописами: VIII – початок ІХ ст. про хрещення Київської держави за князя Аскольда.
23304. Культурно-мистецьке життя Київської держави. Літературний процес 16 KB
  Літературний процес Традиції писемності давніх слов’ян зокрема давньослов’янських племен Київської держави пов’язані з писемністю цивілізацій Давнього Світу свідченням чого є написи малюнковозвукового письма у кургані €œКам’яна Могила€ у Запорізькії області в якій відображена історична самосвідомість зокрема уявлення про те як вони з Індії з Месопотамії прийшли до Карпат. Отже на території Київської держави існували цивілізації при чому в ІХХ ст. Літературні пам’ятки Київської держави умовно поділяються на: Перекладна література:...
23306. Етномовні макроспільності первісності - загальна хар-ка; індоєвропейська родина 19 KB
  Ностратична макроспільнота Ескалеутська родина екімоси алеути – мови народів Півночі Алтайська родина – тюркська татарська узбецька киргизька туркменська турецька монгольська бурятська калмицька Уральські мови фіноугорські мови та діалекти Дравідійська родина – еламська протоіранська Картвельська – грузинська та діалекти народів Закавказзя Індоєвропейська – 12 мов та мовних груп: 1. індоіранські давньоіндійські мови зокрема мова Вед санскрит давньоіранські мови Авести 3. тохарські мови 7. альбанські мови 8.
23307. Археологічні культури первісності на території України 18.5 KB
  ; €œІсторія української культури€ т. 1 Основні етапи розвитку матеріальної та духовної культури первісного суспільства на території України 1. Головним об’єктом дослідження історії первісних суспільств зокрема на території України є так звані археологічні культури – група або декілька груп чи комплексів груп матеріальних викопних археологічних знахідок які харся трьома спільностями: спільність території поширення цих пам’яток часу або хронологічного періоду поширення технології виготовлення 1 знаряддя праці з природних та штучних...
23308. Культурно-мистецьке життя Галицько-Волинського князівства 15 KB
  життя ГВК літературни процес образотворче мистецтво та архітектура ГВК 1 Впродовж другої половини ХІІІ ст. процеси давньоукраїнського державотворення переміщується на західноукраїнські землі де галицькі князі Роман Мстиславич і його син Данило Галицький створили ГВК. Протяго майже 40 років Данило Романович об’єднав етнічні українські землі у складі ГВК. ГВК втратило політичну незалежність і було поділено між Польським та Угорським королівствами.
23309. ІУК як наукова дисципліна 26.5 KB
  Розвиток ІУК в ХХ ст. Важливий внесок у становлення ІУК як науки про культуру протягом ХІХ ст. зробили: вихованці та викладачі внз Харківський Київський університети науковці з академічних установ Росія АвстроУгорщина Німеччниа Франція представники різних державних і громадських наукових товариств ІсторикоФілологічне Товариство Харківський унт КАК Київська археографічна комісія Південнозахідний відділ РГТ Російське географічне товариство комісій КАК об’єдання наковців та окремі дослідники Основними напрямами...