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) = const –горизонтальная 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 mА | 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 |