Файл: Лабораторная работа по курсу "Общая физика" определение удельного заряда электрона.doc

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 23.11.2023

Просмотров: 54

Скачиваний: 2

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.





Федеральное Агентство по образованию
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
Кафедра физики

ОТЧЕТ

Лабораторная работа по курсу "Общая физика"

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА

МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА


Преподаватель Студент группы
___________ /____________/ /__________/
___________2010 г. ____________ 2010 г.

2010

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью настоящей работы является определение величины удельного заряда электрона методом магнетрона.
2. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА
В качестве магнетрона используется электронная лампа 3Ц22С, которая имеет цилиндрические анод и катод. Диаметр катода равен 1 мм. Несоосность между осями катода и анода порядка 1 мм. Поэтому для данной лампы расстояние от катода до анода можно принять R = (8 ± 1) мм.

На лампу надевается соленоид с большим числом витков на единицу длины. Густота намотки соленоида для разных блоков (вариантов) приведена в Журнале измерений.

Погрешность густоты намотки соленоида составляет 5 вит./см.

Для определения зависимости анодного тока от тока соленоида используется следующая схема измерения (рис. 2.1).




Рисунок 2.1 – Схема экспериментальной установки
Значение анодного тока измеряется микроамперметром (μA), который вмонтирован в основную панель лабораторного макета. Значение тока соленоида измеряется миллиамперметром (mA), который также вмонтирован в основную панель. Регулировка тока соленоида осуществляется с помощью ручки потенциометра RP1, выведенную на основную панель. Ручка потенциометра RP2 для регулирования анодного напряжения выведена на малую панель (блок питания лабораторного макета). В эту же панель вмонтирован вольтметр (V), измеряющий анодное напряжение.
3. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ

З начение удельного заряда электрона вычисляется в данной работе по формуле:

(3.1)

где:

Ua– анодное напряжение лампы;

μ – относительная магнитная проницаемость среды ( μ = 1);

μ0 – магнитная постоянная (
μ0 = 4·π·10-7 Гн/м);

n – число витков, приходящихся на единицу длины соленоида;

Iкр– значение силы тока в соленоиде, при котором индукция магнитного

поля достигает критического значения;

R – расстояние от катода до анода.
Значение Iкрна графике зависимости Iа = f(Ic) определяется как абсцисса точки пересечения прямых Iа(1) = constгоризонтальная область 1 и Iа(2) = kIc +b линейный участок в области 2 спада анодного тока



(3.2)
А бсолютная систематическая погрешность определения удельного заряда электрона:

(3.3)

Относительная систематическая погрешность определения удельного заряда электрона:




(3.4)
Относительная погрешность измерения анодного напряжения:




(3.5)
где σ(Ua) = 0,01 В – абсолютная приборная систематическая погрешность измерения величины Ua, равная 1 в младшем разряде цифрового прибора.
Относительная погрешность густоты намотки соленоида:




(3.6)
где σ(n)= 500 вит/м – абсолютная погрешность измерения величины n.

Относительная погрешность измерения расстояния от катода до анода R:




(3.7)
где σ (R)= 1 мм абсолютная погрешность измерения величины R, задано.

Погрешности определения величины Iкр:




(3.8)
Параметры линейной зависимости Iа(2)= kIc +b определяются аналитически по методу наименьших квадратов:




(3.9)
где обозначено:




здесь n – число экспериментальных точек, Ic и Iа – результаты измерений.
Погрешности косвенного измерения параметров

k и b определяются по следующим формулам:

(3.10)

г де
Относительные погрешности параметров k и bопределяются как:




(3.11)


4. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ИХ АНАЛИЗ.
Измеренные значения и результаты их обработки приведены в таблице 4.1.
Зависимость анодного тока Iа от тока соленоида Iс

Таблица 4.1

n = 30500 вит/м, σ(n)= 500 вит/м; R=8мм



Uа= 11,97 В

Uа= 12,99 В

Uа= 14,04 В

Uа=15,03 В

Iс,10-3А

Iа,10-6А

Iс,10-3А

Iа,10-6А

Iс,10-3А

Iа,10-6А

Iс,10-3А

Iа,10-6А

1

50,230

500

50,227

500

50,309

500

50,162

500

2

76,540

477

79,713

485

82,801

477

85,736

485

3

76,807

441

80,058

436

83,013

445

86,084

436

4

76,984

401

80,217

401

83,261

401

86,284

401

5

77,092

377

80,313

377

83,380

377

86,363

382

6

77,314

334

80,580

328

83,617

334

86,660

328

7

77,445

312

80,721

307

83,793

307

86,832

307

8

77,604

280

80,867

280

83,930

280

87,036

260

9

77,815

235

81,090

230

84,174

230

87,178

235

10

77,998

209

81,273

209

84,370

209

87,388

209

11

78,183

174

81,433

184

84,515

184

87,515

186

12

78,388

138

81,679

129

84,745

146

87,828

138

13

78,498

111

81,760

111

84,893

111

87,964

111

14

78,587

84

81,890

74

85,001

74

88,112

69

15

79,390

55

82,002

55

85,761

55

89,356

55

Iкр

76,45

79,67

82,69

85,68



На основании экспериментальных данных (таблица 4.1) построены графики зависимостей анодного тока от тока соленоида при различных значениях Uа. На рисунке 4.1 видно, что точки №1 и №15 в каждой серии не принадлежат прямолинейным участкам графиков, следовательно, при расчете параметров линейных зависимостей исключаются из расчета.
Горизонтальной части кривых соответствует значение анодного тока:



Линейные участки графиков описываются уравнением:

Параметры этойзависимости, а так же погрешности их косвенного измерения определяются по методу наименьших квадратов.
В расчет включаются экспериментальные точки, лежащие на прямолинейных участках графиков, число точек в зависимостиn=13.




Расчет зависимости анодного тока от тока соленоида при Uа = 11,97 В по формулам 3.10, 3.12.


Получена зависимость:
Величина Iкр (3.2):

Погрешности определения Iкр(3.8):


Аналогично выполняются расчеты для других значениях Ua.

Результаты расчетов представлены в таблице 4.2.
Параметры линейных зависимостей. Величина Iкр.

Таблица 4.2.




Uа, В

параметр k

параметр b

Iкр

10-3A

ε(Iкр)

%

σ(Iкр)

10-3A

k

10-3

σ(k)

10-3

ε(k)

%

b

10-3A

σ(b)

10-3A

ε(b)

%

1

11,97

-191

2

1

15,1

0,2

1,3

76,45

1,6

1,2

2

12,99

-186

3

1,6

15,3

0,2

1,3

79,67

2,1

1,7

3

14,04

-177

3

1,7

15,2

0,2

1,3

82,69

2,1

1,7

4

15,03

-173

2

1,2

15,3

0,2

1,3

85,68

1,8

1,5



Величина удельного заряда электрона в первой серии измерений

при Uа = 11,97 В (3.1):


Относительные погрешности измерения расстояния R (3.7), густоты намотки соленоида n(3.6), измерения анодного напряжения Ua (3.5):


Погрешность определения удельного заряда электрона (3.3, 3.4):


Аналогично выполняются расчеты для других значениях Ua.

Результаты расчетов представлены в таблице 4.3.
Определение удельного заряда электрона.

Таблица 4.3.




Uа, В

Iкр

10-3A

ε(Iкр)

%

ε(Uа)

%

ε(n)

%

ε(R)

%

e/m

×1011 Кл/кг





×1011 Кл/кг

1

11,97

76,45

1,6

0,08

1,6

12,5

1,7445

25,4

0,443

2

12,99

79,67

2,1

0,08

1,7432

25,6

0,446

3

14,04

82,69

2,1

0,07

1,7490

25,6

0,448

4

15,03

85,68

1,8

0,07

1,7439

25,5

0,445



6,9806




1,782