Электричество и магнетизм (стр. 18 из 24)
Тогда формула 11 перепишется в виде:
(12)2. Метод магнетрона
В настоящей работе для определения удельного заряда электрона используется магнетрон с цилиндрическими катодом и анодом. Радиус катода а=0.9 мм, анода-b=9,6 мм. Cхема включения лампы приведена на рис.8.
Лампа помещена внутрь соленоида. Питание соленоида осуществляется от источника постоянного тока.
3.Газоразрядная трубка.
Для питания электронной пушки и водородного генератора газоразрядной трубки служит источник постоянного тока ВУП-2 (включение через октаэдный разъем). Для создания однородного магнитного поля на катушки Гельмгольца подается напряжение от источника постоянного тока ИЭПП-1. Ток, подаваемый на катушки Гельмгольца, контролируется амперметром и вольтметром.
Проведение эксперимента
Определение удельного заряда электрона методом магнитной фокусировки
1. Собрать схему питания соленоида по рис. 7.
2. Включить осциллограф в сеть переменного тока и получить на экране трубки светящееся пятно.
3. Включить питание соленоида, и постепенно увеличивая ток, добиться того, чтобы изображение на экране стянулось в точку. При этом шаг винта движения электронов будет равен расстоянию ℓ от центра пластин до экрана трубки. Записать значение тока, текущего при этом через соленоид.
4. По формуле 12 вычислить магнитную индукцию В, а по формуле 8 – удельный заряд электрона.
5. Формула 8 справедлива для случая, когда электроны проходят 1 виток спирали. Если в опыте, после первой фокусировки электронов, увеличивать ток соленоида, на экране изображение будет размываться, а затем снова соберется в светящуюся точку и так далее. Второе прохождение электронов под влиянием магнитного поля через фокус происходит в том случае, когда электроны на пути от отклоняющих пластин к экрану проходят 2 витка спирали. Плавно увеличивая ток, получит вторую и третью фокусировки пучка электронов на экране, записать значение токов. Для каждого случая вычислить магнитную индукцию и удельный заряд, учитывая изменения шага винта движения электронов.
6. Рассчитать относительную и абсолютную ошибки полученных результатов по отношению к табличным данным.
Примечания: для расчета искомых величин использовать следующие данные: U = 450 В; N=1000 витков; L = 8 см, r= 3,5 см, ℓ =9 см
Метод магнетрона
1. Установить магнетрон в середину соленоида;
2. Схему (рис. 8) включить в цепь переменного тока;
3. Установить с помощью потенциометра R1 анодное напряжение 0,5 -1,5 В. Прогрев лампы и установление анодного тока длятся 3-5 мин.
4. Включить источник тока;
5. Подать на соленоид напряжение от источника постоянного тока В-24. Изменяя ток соленоида от 0 до 10 А, исследовать зависимость Ia=f(I) при трёх фиксированных значениях анодного напряжения.
6. Данные измерений занести в таблицу 1:
Таблица 1
| №№ | Ua1= | Ua2= | Ua3= | |||
I, A | Iа ,мкА | I, A | Ia, мкА | I,A | Iа,мкА | |
7. Построить кривые зависимости анодного тока Ia лампы от тока соленоида I при фиксированных значениях анодного напряжения, в результате чего получить сбросовые характеристики;
8. Для каждого значения анодного напряжения определить значения силы тока в соленоиде Iкр, при которых кривые Ia=f(I) круто падают. Наиболее правильно брать значения Iкр из верхней части участка спада сбросовой характеристики;
9. Используя найденные значения тока Iкр, вычислить критические значения магнитной индукции по формуле (11);
10. Вычислить по формуле 9 отношение e/m для разных значений анодного напряжения Ua. Найти среднее значение <e/m>. Оценить ошибки измерения.
Эксперименты с применением газоразрядной трубки
1. Включить источник питания газоразрядной трубки ВУП-2 в цепь переменного тока. Через 5 минут появляется электронный луч, которой хорошо виден в полностью затемнённом помещении;
2. Включить источник питания катушек Гельмгольца ИЭПП – I в цепь переменного тока;
3. Газоразрядную трубку с помощью поворотного устройства расположить так, чтобы получить электронный пучок в виде винтовой линии. Меняя напряжение на аноде и ток, подаваемый на катушки Гельмгольца, сделать вывод о зависимости шага винтовой линии от этих параметров;
4. Газоразрядную трубку расположите так, чтобы электронный пучок был направлен параллельно виткам катушек, при этом светящийся пучок примет вид кольца;
5. Измерьте радиус кольца с помощью приспособления, состоящего из полупроводникового лазера и специального измерительного устройства, обеспечивающего перемещение луча лазера в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Для этого направляющую пластину, вдоль которой перемещается лазер, установите строго параллельно плоскости кольца, при этом луч лазера будет направлен перпендикулярно этой плоскости. Перемещайте лазер с помощью микрометрической подачи, так чтобы его луч поочередно пересекал кольцо в точках, находящихся на концах его диаметра. Для более удобного совмещения точек пересечения лазером кольца и экрана, установленного по другую сторону колбы, лазер снабжен выступом (“мушкой”) на конце его цилиндрического корпуса. Измерения проведите несколько раз и найдите среднее значение радиуса кольца;
6. Измерьте радиус катушек Гельмгольца;
7. Данные измерений занесите в таблицу 2 и определите значение удельного заряда электрона по формуле (10);
8. Оцените погрешность полученных результатов.
Примечание: вектор магнитной индукции определяют с помощью измерителя индукции или по формуле:
, (13)где
- сила тока в катушках, А, 
– = 445 число витков, 
– радиус катушек, 
Гн/м - магнитная постоянная.Таблица 2
N | U,В | r, м | I,A | R, м | N | B,Тл | e/m |
Контрольные вопросы
1. Движение заряженных частиц в электромагнитном поле.
2. Сила Лоренца, правило определения направления силы Лоренца.
3. Удельный заряд электрона и методы его определения.
4. Магнетрон. Метод определения удельного заряда с помощью магнетрона.
5. Определение удельного заряда по методу магнитной фокусировки.
6. Определение удельного заряда с помощью газоразрядной трубки.
7. Вывести формулы для определения удельного заряда методом магнетрона и газоразрядной трубки.
8. Вывести формулу для определения удельного заряда методом магнитной фокусировки.
9. Что такое сбросовая характеристика и как по ней определяется критический ток?
Литература, рекомендуемая к лабораторной работе:
1. Калашников С.Г. Электричество. – М.: Наука, 1977.
2. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2, Т. 3. – М.: Наука, 1977.
3. Телеснин Р.В., Яковлев В.Ф. Курс физики. Электричество.-М.: Просвещение, 1970.
4. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.3. Электричество.- М.: Физматлит МФТИ, 2002.
5. Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. –М.- С.-П.: Физматлит Невский диалект, 2001
6. Зильберман Г.Е. Электричество и магнетизм. – М.: Наука, 1970.
7. Парсел Э. Курс физики Т.2 Электричество и магнетизм – М.: Наука, 1971.
8. Физический практикум. Электричество. Под редакцией В.И. Ивероновой. – М.: Наука, 1968.
9. Кортнев А.В., Рублев Ю.В., Куценко А.Н.. Практикум по физике. – М.: Высшая школа, 1965.
10. Руководство к лабораторным занятиям по физике. Под редакцией Л.Л. Гольдина, - М.: Наука, 1983.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №12
ПОЛУЧЕНИЕ КРИВОЙ НАМАГНИЧИВАНИЯ И ПЕТЛИ ГИСТЕРЕЗИСА С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА
Цель работы:
Получить экспериментальную зависимость магнитной индукции от напряженности магнитного поля, определить коэрцитивную силу, остаточную индукцию и построить график зависимости магнитной проницаемости от напряжённости магнитного поля.
Идея эксперимента:
Исследуемым веществом является железо, из которого изготовлен тороид с двумя обмотками. Индукция магнитного поля внутри полого тороида, равна:
, (1)где n1 – число витков на один сантиметр длины первичной обмотки, I1 – ток, подаваемый на первичную обмотку тороида. Магнитная индукция связана с напряженностью соотношением:
(2)Из формулы (1) и (2) получаем, что напряженность магнитного поля
, (3)где N1– полное число витков первичной обмотки, l- длина средней линии тороида При прохождении переменного тока по первичной обмотке тороида во вторичной обмотке наводится э.д.с. индукции