Хід виконання лабораторної роботи

Установка представлена на фото, де 1- компас, 2 - коловий провідник великого радіуса, що маає 20-30 витків, 3 – міліамперметр, 4 – реостат, 5 – клеми джерела струму, 6 – перемикач напрямку струму у контурі.

Кріплення приладу таке, що його можна обертати навколо вертикального витка, щоб можна було установити прилад у площині магнітного меридіана.

Перед виконанням роботи контур потрібно виставити в площині магнітного меридіана, тобто його потрібно повернути так, щоб стрілка компаса лежала в площині контура. Далі послідовність роботи буде такою.

1.Виставити реостат на мінімальну напругу.

2.Перемикачем замкнути електричне коло контура і джерела струму.

3.Збільшити реостатом напругу на контурі до деякої величини, щоб стрілка компаса відхилилася на деякий видимий кут.

4.Вимірити силу струму.

5.Виміряти кут відхилення стрілки. Потім за допомогою перемикача змінити напрямок струму в колі і знову замірити кут відхилення стрілки . Визначають середньоарифметичне відхилення стрілки і заносять до Таблиці. Відлік двох показників стрілки беруть, щоб виключити неточність початкової установки колового контуру в площині магнітного меридіану.

6.Плавно змінюючи напругу на контурі, виконати п.5 для 7 значень сили струму. Дані вимірювання а також кількість витків контура занести до Таблиці.

Методика обробки результатів вимірів

1. Вираз (3) представити лінійною залежністю y=a+bx, де

.

Розрахувати через середнє значення та границю довірчого інтервалупри ймовірності Р=0,95 горизонтальну складову напруженості магнітного поля землі. Результат представити у виді

з коефіцієнтом кореляції

.

2. Вираз (4) представити лінійною залежністю y=a+bx, де

.

Розрахувати через середнє значення та границю довірчого інтервалупри ймовірності Р=0,95 сталу тангенс-бусолі С. Результат представити у виді

з коефіцієнтом кореляції

.

Контрольні питання

1. Яка величина є силовою характеристикою магнітного поля? Дати її визначення.

2. У чому полягає закон Біо-Савара-Лапласа? Розрахувати напруженість магнітного поля в центрі кругового струму.

3. Як розраховується горизонтальна складова напруженості магнітного поля Землі та стала тангенс-бусолі?

4. Поясніть порядок обчислення довірчої границі погрішності результату визначення напруженості магнітного поля Землі.

Лабораторна робота № 32

ВИМІРЮВАННЯ ПИТОМОГО ЗАРЯДУ ЕЛЕКТРОНА

Мета роботи

Визначити величину відношення заряду електрона до його маси .

Прилади та обладнання

• cоленоїд з блоком живлення,

• електронна лампа з блоком живлення ,

• амперметри вимірювання струму соленоїда та анодного струму.

Коротка теорія.

Питомий заряд електрона

(1)

можна визначити, розглядаючи його рух у схрещених (взаємно перпендикулярних) магнiтному та електричному полях. Такі поля можуть створювати, наприклад, співвісні соленоїд та циліндрична електронна лампа, розміщена в ньому (див.Мал.1а). Така конфігурація називається магнетроном і її назва зв'язана з тим, що вона нагадує конфігурацію полів у магнетронах (генераторах електромагнітних коливань в області надвисоких частот). Анодом лампи є циліндр радіуса , а катодом - розжарена нитка, розміщена вздовж осі циліндра.Проходячи анодну напругу U, термоелектрони катода наблизяться до поверхні анода, надбавши швидкість V. При цьому робота електричного поля А=еUйде на створення кінетичної енергії електрона

. (2)

Маючи швидкість V, цейелектрон під дією сили Лоренця (доцентрової) рухається при поверхні анода по колу радіусаr з доцентровим прискоренням . Скалярне рівняння другого закону Ньютона при цьому буде мати вигляд

. (3)

Розв'язок системи рівнянь (2)-(3) відносно  проведемо так: із рівняння (3) визначимо

і підставимо у (2)

.

Після скорочення одержимо

, (4)

де індукція поля соленоїда . Збільшуючи струм соленоїда при сталій напрузі U, можна знайти такий критичний струм соленоїда, коли при подальшому збільшенні його, анодний струм почне зменшуватися. Таке зменшення анодного струму звязане з тим, що при цьому частина електронів почне рухатися по колу з радіусом (див.Мал.1б) і не досягатиме поверхні анода. Тепер (4) можна записати у вигляді

. (5)

Величину можна знайти по графіку залежності анодного струмуструму соленоїда.