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

15043. Кел, жастар, біз бір түрлі жол табалық 113.02 KB
  Кел жастар біз бір түрлі жол табалық.... Шәкәрім Шаһкәрім Құдайбердіұлы өмірі мен шығармашылығын өз бетімен ізденіске бағыттап қосымша материалдарды пайдалану арқылы оқыту тәжірибесінен Көмекші оқуәдістемелік құрал Шаһкәрім Шәкәрім Құдайбердіұлы ө...
15044. Кітапханашылар байқауы 95 KB
  Шығыс Қазақстан облыстық балалар және жасөспірімдер кітапханасы ММ Ұымдастырушылық әдістемлік бөлім Өскемен қ. 2007 Оқысаң ұшасың Пауло Коэльо Құрметті оқырмандар Балаларға оқу бақытын сыйлайық байқауына ...
15045. Көне Грек әдебиетінің архаикалық кезеңі 67.5 KB
  Көне Грек әдебиетінің архаикалық дәуірі Антикалык әдебиет курсының пәні көне грек және рим құлиеленушілік қоғамдарының әдебиеті. Антик антикалық деген термин antiquus деген латын сөзінен туған. Оның мағынасы ежелгі ертедегі көне болады. Антикалық әдебиет...
15046. Көне Рим әдебиеті 53 KB
  Көне Рим әдебиеті Б.д.д. ІІІ ғ. ортасында Жерорта теңізінің батыс жағалауында Италияда антикалық әдебиеттің екінші бөлігі рим әдебиеті өркендей бастайды. Рим әдебиеті грек әдебиетімен байланысты болды. Рим әдебиеті грек әдебиетімен бірге дамыған бірақ о
15047. Көне Түркі поэзиясындағы дәстүр жалғастығы 64.5 KB
  ӘОЖ 820/574 КӨНЕ ТҮРКІ ПОЭЗИЯСЫНДАҒЫ ДӘСТҮР ЖАЛҒАСТЫҒЫ Э. Қ. Пертаева €œТараз€ институты Тараз қ. Дулат пен Абай творчествосының танымдық қоғамдық көркемдік мәнін толық ұғыну үшін әдебиетте о
15048. Көнеден жаңаға бет алған образ 55.5 KB
  ӘОЖ: 809.434.2. 058 КӨНЕДЕН ЖАҢАҒА БЕТ АЛҒАН ОБРАЗ Л. К. Омарқұлова Тараз мемлекеттік педагогикалық институты Тараз қ. Бүгінгі таңда әйелдің қоғамдағы орны ойтаным шеңбері ұлғайып отырған шақта әйел тақырыбы қуатты арна ретінде осы ғасырдың аяғына таман жанжақты...
15049. Көрнекті қаламгер Шерхан Мұртазаның Қызыл жебе романы 42.5 KB
  Ш.МҰРТАЗАНЫҢ ҚЫЗЫЛ ЖЕБЕ РОМАНЫНДАҒЫ ТАРИХИ ШЫНДЫҚ Ж.Ж.Нурбаева М.Қ.Ойтаева Керімбай атындағы №12 мектепресурстық орталығы Тараз қ. Әлемде әр халықтың ұлттың мақтанышына айналған перзенттері болады. Жүздеген жыл бірнеше ғасырлар өтсе де талантты бір тума ...
15050. Қазақ батырлары және көркем әдебиет 75.5 KB
  ҚАЗАҚ БАТЫРЛАРЫ ЖӘНЕ КӨРКЕМ ӘДЕБИЕТ Ел тағдырын өз тағдырынан биік қойған ұлтының тұтастығын жерінің бүтіндігін мұрат еткен қазақ батырлары қазақ тарихының әр белесінде тұлғалық деңгейге көтеріліп отырған. Яғни олар ұлттық тұлға болған.Осы ұлттық тұлға биігіне кі...
15051. Қазақ газетінде көтерілген мәселелер 48.5 KB
  Қазақ газетіндегі көтерілген оқу тәрбие мәселелері. Қазақ қоғамдық саяси және әдеби газет 1913 жылы 2 ақпаннан бастап Орынборда аптасына бір рет 1915 жылы аптасына екі рет шығып тұрған. Тиражы 3000 кейбір мағлұматтарда 8000ға жеткен. Бірінші редакто