Главная страница
Навигация по странице:

  • ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА ЭЛЕКТРОНА МЕТОДОМ МАГНЕТРОНА

  • 76,45 79,67 82,69 85,68

  • 6,9806 1, 782

  • 1. Как устроена магнетронная система

  • Отчет ЛР№4. Лабораторная работа по курсу "Общая физика" определение удельного заряда электрона

    Единственный в мире Музей Смайликов

    Самая яркая достопримечательность Крыма

    Скачать 0.5 Mb.
    НазваниеЛабораторная работа по курсу "Общая физика" определение удельного заряда электрона
    Дата26.05.2023
    Размер0.5 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаОтчет ЛР№4.doc
    ТипЛабораторная работа
    #1161164
    страница1 из 3
      1   2   3





    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:

    Uaанодное 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


    Среднее значение удельного заряда электрона в лабораторной работе:



    Среднее значение абсолютной погрешности определения удельного заряда электрона:



    Относительная погрешность определения значения удельного заряда электрона:



    Окончательный результат:

    5. ВЫВОДЫ

    В ходе выполнения лабораторной работы изучена работа магнетрона, сняты зависимости анодного тока в лампе от тока соленоида при различных значениях анодного напряжения Uа.

    По полученным значениям на одном графике были построены четыре зависимости Iа = f(Iс) и определены значения критического тока Iкр.

    Вид полученных кривых соответствует теоретическому виду.

    На основании полученных значений критического тока Iкр рассчитан удельный заряд электрона и сделана оценка погрешности:





    табличное значение:

    о тклонение от табличного значения:

    подтверждена справедливость формулы:

    Относительная погрешность измерения расстояния R от катода до анода , величина этой погрешности дает большое значение погрешности конечного результата.

    6. ОТВЕТЫ НА КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
    1. Как устроена магнетронная система?

    В магнетронной системе поток заряженных частиц управляется одновременно электрическим и магнитным полями, направленными взаимно перпендикулярно. В качестве магнетрона можно использовать электронную лампу с цилиндрическим анодом и прямолинейным катодом, расположенным на оси анода. Между анодом и катодом приложено постоянное напряжение, создающее радиальное электрическое поле. На лампу надевают соленоид, по которому протекает постоянный ток, создающий постоянное магнитное поле, направленное вдоль оси анода (рис. 5.1).




    1 – катод;

    2 – анод;

    3 – соленоид.


      1   2   3


    написать администратору сайта