Вывод формулы для определения удельного заряда электрона

Определение удельного заряда
электрона
Выполнил:
Тотров Дмитрий,
ученик МБОУ лицей №38
группа 2
Научный руководитель:
Учитель физики и астрономии
Тукова Надежда Борисовна
Нижний Новгород
2014 г.
Заряд электрона:
e= - 1,6021892 . 10-19 Кл
Масса электрона:
m = 9,109534 . 10-31 кг
История открытия электрона
Джозеф Джон Томсон
История открытия электрона
Модель атома Томсона
История открытия электрона
Эрнест Резерфорд
История открытия электрона
Планетарная модель атома
История открытия электрона
Опыт Томсона
История открытия электрона
Роберт Эндрюс Милликен
История открытия электрона
Опыт Милликена
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
УДЕЛЬНОГО ЗАРЯДА
ЭЛЕКТРОНА
МЕТОДОМ
МАГНЕТРОНА

B
2
1
3
Простейший магнетрон:
1- катод
2-анод
3-соленоид

I
Термоэлектронная эмиссия
Радиальное электрическое поле внутри магнетрона


F  eE
A  к
Z

В
Fл  eVВ sin 

V
e
X

Fл
Y
R
Движение электрона в скрещенных электрическом и магнитном полях
Движение электрона в скрещенных электрическом и магнитном полях
Движение электрона в скрещенных электрическом и магнитном полях
Движение электрона в скрещенных электрическом и магнитном полях
Зависимость тока анода от индукции магнитного поля соленоида
Ia
Реальная
характеристика
Идеальная
характеристика
Вкр
В
 1  
a  ( Fэ  Fл )
m
 
 e   
a
E V B
m

Вывод формулы для определения удельного заряда электрона
 
EB
2
v
m
 evB sin   evB
r
mv
r
Be
Вывод формулы для определения удельного заряда электрона
m 2
A V
2
m 2
eU  V
2
Вывод формулы для определения удельного заряда электрона
ra mV

2 Bкр e
Вывод формулы для определения удельного заряда электрона
m 2
eU  V
2
2eU a
V
m
8U a
e
 2 2
m ra Bкр
Вывод формулы для определения удельного заряда электрона
Магнетрон (электронная лампа в центре соленоида)
B  0 nI
В
Bmax
 0 IN
(cos 1  cos  2 )
2L
  0 nI
L
4 R 2  L2
e 8U a (4 R  L )
 2 2
m ra   n I L
2
2
c
c
2 2 2 2
0
кр c
e 8U a ( 4 R  L )

2 2
2 2
m
ra  0 N I кр
2
c
2
c
Принципиальная схема установки
Экспериментальная часть
Напряжение накала, В:
Ток накала, мА:
Напряжение анода, В:
Радиус анода, мм: 8±1
3,15
400
100
Экспериментальная часть
Диаметр провода, мм:
Длина соленоида, мм:
Внутренний диаметр, мм :
Внешний диаметр, мм:
Количество витков намотки :
0,45
110
45
65
2040
Экспериментальная часть
Установка в сборе со снятым соленоидом
Экспериментальная часть
Установка в сборе с установленным соленоидом
Опыт 1. Напряжение на аноде
лампы : U1=22В
Ic, mA
125
130
135
140
145
150
155
160
165
170
175
180
185
190
195
200
Ia,µA
492
491
490
489
487
486
485
483
480
475
469
466
458
438
399
383
Полная характеристика
∆Ia/∆Ic Ic, mA
Ia,µA
∆Ia/∆Ic Ic, mA
205
368
3
290
0,2
210
352
3,2
295
0,2
215
340
2,4
300
0,2
220
328
2,4
305
0,4
225
317
2,2
310
0,2
230
307
2
315
0,2
235
299
1,6
320
0,4
240
291
1,6
325
0,6
245
283
1,6
330
1
250
275
1,6
335
1,2
255
266
1,8
340
0,6
260
258
1,6
345
1,6
265
250
1,6
350
4
270
240
2
355
7,8
275
229
2,2
3,2
280
219
2
Ia,µA
202
194
187
181
176
171
168
161
154
148
143
140
137
134
∆Ia/∆Ic
1,7
1,6
1,4
1,2
1
1
0,6
1,4
1,4
1,2
1
0,6
0,6
0,6
Зависимость тока анода от тока соленоида
530
480
Ток анода Ia,µA
430
380
330
280
230
180
130
125130135140145150155160165170175180185190195200205210215220225230235240245250255260265270275280290295300305310315320325330335340345350355
Ток соленоида Ic, mA
Скорость изменения тока анода
9
Скорость измнения тока анода ∆Ia/∆Ic
8
7
6
5
4
3
2
1
0
125130135140145150155160165170175180185190195200205210215220225230235240245250255260265270275280290295300305310315320325330335340345350
Ток соленоида Ic, mA
Точная характеристика на критическом участке
Ic, mA
Ia,µA
187
450
188
447
189
∆Ia/
∆Ic
Ic, mA
Ia,µA
∆Ia/
∆Ic
Ic, mA
Ia,µA
∆Ia/
∆Ic
196
394
5
205
368
3
3
197
389
5
206
365
3
443
4
198
387
2
207
361
4
190
438
5
199
385
2
208
358
3
191
431
7
200
383
2
209
355
3
192
423
8
201
381
2
210
352
3
193
415
8
202
379
2
211
350
2
194
404
11
203
375
4
195
399
5
204
371
4
Зависимость тока анода от тока соленоида
на критическом участке
455
445
435
Ток анода Ia,µA
425
415
405
395
385
375
365
355
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
Ток соленоида Ic, mA
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
Скорость изменения тока анода на
критическом участке
Скорость измнения тока анода ∆Ia/∆Ic
12
10
8
6
4
2
0
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
Ток соленоида Ic, mA
Iкр1 = 193 мА
202
203
204
205
206
207
208
209
210
Таблица результатов измерений и вычислений
№
опыта
Iкр,А
Вкр, Тл
Удельный
заряд
электрона
e/m . 1011 ,
Кл/Кг
Критический Критическая
Напряжение
ток
магнитная
анода
соленоида
индукция
Ua, В
1
22
0,193
0,00395
1,76342
2
25
0,208
0,00426
1,72529
Табличное
значение
1,7588 . 1011
3
28
0,216
Среднее значение
0,00442
1,79184
1,76018
I кр . 2
U a 2
Lc 2
Rc 2
Ra 2
 (
)  (2 2
)  (2 2
)  (2
)  (2
)
2
2
Ua
Lc  Rc
Lc  Rc
Ra
I кр .
  20%
Полученное экспериментальным путем
значение удельного заряда электрона:
11
e
 ((1,760180  0,352036) 10 )Кл/кг
m
Выводы
 В процессе работы мы собрали установку по определению
удельного заряда электрона методом магнетрона. В качестве
магнетрона мы использовали серийно производимый
вакуумный диод (кенотрон). Магнитное поле создавалось
изготовленным нами соленоидом .
 Так как лабораторных блоков питания у нас не было (работа
делалась в домашних условиях), нам пришлось собрать
источники питания цепей анода, соленоида и накала катода
лампы самостоятельно. Источники питания мы сознательно
делали стабилизированными , для более высокой точности
нашего эксперимента.
 В результате эксперимента мы определили удельный заряд
электрона. Было проведено три опыта для разных значений
напряжения на аноде вакуумного прибора.
Выводы
 В качестве измерительных приборов использовались
высокоточные цифровые мультиметры .
 Основная погрешность измерений сложилась из
следующих факторов:
– Невысокое качество изготовления соленоида
(качество намотки , количество витков, размеры и
пр. )
– Не идеальность самого вакуумного прибора
(соосность анода и катода, диаметр анода, конечные
размеры катода) .
– За время снятия характеристики соленоид успевал
достаточно сильно нагреваться, что так же влияло на
точность измерений.
Спасибо за внимание