- •I порядок підготовки й виконання лабораторних робіт
- •1.1 Правила з техніки безпеки при виконанні лабораторних робіт
- •1.2 Вимірювальні прилади
- •Штангенциркуль
- •1.2.2 Мікрометр
- •1.2.3 Ричагові ваги
- •1.3 Вимір фізичних величин
- •1.3.1 Гістограма і її побудова
- •1.3.2 Нормальний розподіл і його характеристики
- •1.3.3 Розрахунок випадкової похибки вимірювання за
- •1.3.4 Порядок розрахунку похибок прямих вимірювань
- •1.3.5 Побудова і оформлення графіків
- •Лабораторна робота № 101 Вивчення статистичних похибок прямих вимірювань фізичних величин
- •Основні вимоги до роботи
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні питання
- •Лабораторна робота №102 Вивчення руху тіл по похилій площині
- •Теорія методу і опис установки
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні питання
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні питання
- •Теорія методу і опис установки
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні питання
- •Теорія методу і опис установки
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні питання
- •Опис приладу і методу стокса
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні питання
- •Основні вимоги до теоретичної підготовки.
- •1 Знайомство з електровимірювальними приладами
- •2 Перевірка законів Ома
- •Порядок виконання
- •Контрольні питання
- •Лабораторна робота № 108 Дослідження залежності напруженості магнітного поля в центрі соленоїда від сили струму в його обмотці
- •Теорія методу і опис установки
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні питання
- •Лабораторна робота № 109 Визначення питомого заряду електрона методом магнетрона
- •Теорія методу і опис установки
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні питання
- •Лабораторна робота № 110 Визначення точки Кюрі феромагнетика
- •Теорія методу і опис установки
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні питання
- •Лабораторна робота № 111 Вивчення ефекту Холла
- •Теорія методу і опис установки
- •Порядок виконання роботи
- •Контрольні питання
- •Література
Контрольні питання
-
Що таке напруженість і індукція магнітного поля? Який зв'язок між ними? В яких одиницях вони вимірюються?
-
Як визначити напрям вектора індукції і вектора напруженості магнітного поля ?
-
Сформулюйте закон Біо-Савара-Лапласа, закон Ампера.
-
В чому полягає принцип суперпозиції магнітних полів?
-
Від чого залежить механічний момент, що діє на магнітну стрілку в магнітному полі, як визначити його напрям?
-
Що таке вектор магнітного моменту контуру із струмом?
-
Чому магнітна стрілка повинна бути малих розмірів, а нитка непружною? Як ця умова впливає на рівняння динаміки стрілки (4)?
-
Що враховує знак "–" в рівнянні (7)?
-
Вивести розрахункову формулу.
-
Використовуючи теорему про циркуляцію вектора і співвідношення (1) одержати теоретичну залежність (3).
Лабораторна робота № 109 Визначення питомого заряду електрона методом магнетрона
Мета роботи - визначення питомого заряду електрона методом магнетрона.
Прилади і обладнання: електронна лампа з циліндричним анодом, соленоїд, амперметр, мілліамперметр, реостат, випрямляч.
Теорія методу і опис установки
Питомим зарядом називається відношення заряду частинки до її маси. В основі експериментальних методів визначення цієї константи лежать дослідження руху заряджених частинок в електричному і магнітному полях. Питомий заряд дає інформацію про природу заряджених частинок і процеси, в яких вони виникають. Питомим зарядом електрона називається відношення заряду електрона до його маси.
В лабораторній установці рух електронів відбувається в просторі між катодом і анодом двоелектродної електронної лампи, яка розміщується в соленоїді таким чином, що її нитка накалу (катод) розташовується уздовж осі соленоїда (рис. 1).
Анод лампи має форму циліндра. При такому розташуванні електродів електричне поле між катодом і анодом має радіальний напрям від анода до катода.
Магнітне поле в лампі створюється при пропусканні струму по обмотці соленоїда і за правилом правого гвинта (лаб. раб. № 108) направлене уздовж його осі.
Така ж конфігурація електричного і магнітного полів (вони взаємно перпендикулярні) здійснюється в магнетронах - генераторах електромагнітних коливань в області надвисоких частот. З цим пов'язана назва лабораторного методу.
При русі електрона в електричному полі лампи (струм в соленоїді відсутній) на нього діє сила:
, (1)
де – заряд електрона;
- напруженість електричного поля.
Під дією цієї сили негативно заряджені електрони, що вилітають з катода, практично без початкової швидкості рухаються до анода, створюючи анодний струм лампи.
За наявності магнітного поля траєкторії руху електронів викривляються в результаті дії сили Лоренца:
(2)
де –індукція магнітного поля, Тл;
– швидкість руху електрона щодо поля, м/с.
Результуюча сил і (рис. 2) дорівнює
(3)
Згідно принципу незалежності дії сил в механіці, швидкість електрона уздовж криволінійної траєкторії (рис. 3, точка 1) можна розглядати як векторну суму швидкостей:
, (4)
де – швидкість руху електрона, обумовлена дією;
–нормальна складова швидкості, направлена до центру кривизни траєкторії, що виникає унаслідок дії сили Лоренца.
Вид траєкторії руху електрона (рис. 4) в міжелектродному просторі (вона може бути прямолінійною, криволінійною із змінним радіусом кривизни, колом) залежить від декількох факторів.
По-перше, напруженість і потенціал електричного поля змінюються від катода до анода. Тому уздовж цього напряму змінюється величина швидкості електрона , сила Лоренца (за наявності магнітного поля), а отже викликане нею викривлення траєкторії. По-друге, сила Лоренца (2) залежить від індукції магнітного поля. Для кожної заданої напруги Ua між катодом і анодом існує деяке критичне значення магнітної індукції , при якому траєкторії електронів торкаються поверхні анода (рис.4,б). До цих пір ми вважали, що всі електрони покидають катод з швидкістю, точно яка дорівнює нулю. В цьому випадку при В<Вкр всі електрони без виключення потрапляли б на анод (рис.4,а), а при В>Вкр всі вони поверталися б на катод, не досягнувши анода (рис. 4,в). Анодний струм Iа із збільшенням магнітного поля змінювався б при цьому так, як це показано на рисунку 4 штриховою лінією. Насправді електрони, що випускаються нагрітим катодом, мають різні початкові швидкості. Критичні умови досягаються тому для різних електронів при різних значеннях індукції В. Крива Iа= f ( Iс) набуває внаслідок цього вигляд суцільної лінії на рисунку 4.
Рисунок 4
В умовах експерименту можна в достатній мірі користуватися цим графіком, тоді під слід розуміти значення індукції магнітного поля, при якому виявляється помітне зменшення анодного струму. Для його визначення потрібно провести перпендикуляр на вісь Iс з точки перегину кривої як показано на рисунку 4. Струм соленоїда Iкр, який відповідає цій точці, визначить :
, (5)
де – магнітна стала;
п - число витків, що припадають на одиницю довжини соленоїда;
– коефіцієнт, що враховує геометрію соленоїда. Значення і п вказані на лабораторному стенді.
Нехай індукція магнітного поля, що створюється струмом соленоїда, в лампі дорівнює. В цьому випадку траєкторія руху електрона близька до кола з центром О (рис.3) і радіусом, , де – відстань між катодом К і поверхнею анода А.
Робота, яку виконує електричне поле при переміщенні електрона від катода до анода з потенціалом , дорівнює . Магнітне поле ніякої роботи при цьому не проводить, оскільки сила Лоренца завжди перпендикулярна швидкості, а отже, до будь-якого елемента довжини траєкторії. На підставі закону збереження енергії робота дорівнює кінетичній енергії електрона поблизу анода (початковою швидкістю електрона нехтуємо і враховуємо (4)):
, (6)
де – маса електрона.
Розглянемо співвідношення (4) для електрона, який в деякий момент часу знаходиться в точці 2 (рис. 3). В цій точці напрям руху електрона відносно змінюється на протилежний, проекція радіальної складової швидкості обертається в нуль, і тоді можна прийняти, що , а . Величину в тій же точці можна знайти виходячи з того, що сила Лоренца (2) при русі електрона по колу (в нашому випадку це майже коло) є доцентровою . Прирівняємо вираз для сили Лоренца та доцентрової сили . Отримаємо:
(7)
Зведемо вираз (7) в квадрат і підставимо в якості в (6). Врахуємо, що . Одержуємо розрахункову формулу, яка дозволяє визначити питомий заряд електрона, яка при заданому і та формулі (5) має вигляд:
(8)