Pohyb elektronu ve zkříženém elektrickém a magnetickém poli a stanovení měrného náboje elektronu



Podobné dokumenty
Měření ohniskových vzdáleností čoček, optické soustavy

Fyzikální praktikum č.: 2

1. Dva dlouhé přímé rovnoběžné vodiče vzdálené od sebe 0,75 cm leží kolmo k rovine obrázku 1. Vodičem 1 protéká proud o velikosti 6,5A směrem od nás.

Teoretické úlohy celostátního kola 53. ročníku FO

2. Pro každou naměřenou charakteristiku (při daném magnetickém poli) určete hodnotu kritického

Autor: Mgr. Lucia Klimková Název školy: Gymnázium Jana Nerudy, škola hl. města Prahy

Digitální učební materiál

Práce, energie a další mechanické veličiny

4. STANOVENÍ PLANCKOVY KONSTANTY

6. Měření Youngova modulu pružnosti v tahu a ve smyku

OPTIKA Fotoelektrický jev TENTO PROJEKT JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY.

Praktikum II Elektřina a magnetismus

Voltův článek, ampérmetr, voltmetr, ohmmetr

Studium kladného sloupce doutnavého výboje pomocí elektrostatických sond: jednoduchá sonda

L a b o r a t o r n í c v i č e n í z f y z i k y

Měření výstupní práce elektronu při fotoelektrickém jevu

1. Změřte Hallovo napětí v Ge v závislosti na proudu tekoucím vzorkem, magnetické indukci a teplotě. 2. Stanovte šířku zakázaného pásu W v Ge.

Měření momentu setrvačnosti z doby kmitu

KULOVÁ ZRCADLA. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Optika - Septima

ŠROUBOVÝ A PROSTOROVÝ POHYB ROTAČNĚ SYMETRICKÉHO TĚLESA

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ PRŮVODCE GB01-P03 MECHANIKA TUHÝCH TĚLES

sf_2014.notebook March 31,

Elektronický učební text pro podporu výuky klasické mechaniky pro posluchače učitelství I. Mechanika hmotného bodu

Vakuové součástky. Hlavní dva typy vakuových součástek jsou

Světlo v multimódových optických vláknech

Název materiálu: Vedení elektrického proudu v kapalinách

2. Mechanika - kinematika

Přijímací zkouška na navazující magisterské studium Studijní program Fyzika obor Učitelství fyziky matematiky pro střední školy

Hmotnostní spektrometrie

MĚŘENÍ POLOVODIČOVÉHO USMĚRŇOVAČE STABILIZACE NAPĚTÍ

Laboratorní úloha č. 1 Základní elektrická měření

Abstrakt: Úloha seznamuje studenty se základními pojmy geometrické optiky

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení. Fotoelektrický jev a Planckova konstanta

Bezkontaktní měření vzdálenosti optickými sondami MICRO-EPSILON

STŘEDNÍ PRŮMYSLOVÁ ŠKOLA STROJNICKÁ A STŘEDNÍ ODBORNÁ ŠKOLA PROFESORA ŠVEJCARA, PLZEŇ, KLATOVSKÁ 109. Josef Gruber MECHANIKA

Měření kinematické a dynamické viskozity kapalin

Matematika I, část I. Rovnici (1) nazýváme vektorovou rovnicí roviny ABC. Rovina ABC prochází bodem A a říkáme, že má zaměření u, v. X=A+r.u+s.

Projekt OPVK - CZ.1.07/1.1.00/ Matematika pro všechny. Univerzita Palackého v Olomouci

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ PRŮVODCE GB01-P04 MECHANICKÉ KMITÁNÍ

Soubor příkladů z fyziky pro bakalářskou fyziku VŠB TUO prof. ing. Libor Hlaváč, Ph.D.

Elektronkový zesilovač

Kinetická teorie ideálního plynu

7) Intervaly konvexnosti a konkávnosti. 8) Inflexe, inflexní body grafu funkce. 9) Asymptoty grafu funkce. 10) Sestrojení grafu funkce.

Rovnice. RNDr. Yvetta Bartáková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

Laboratorní úloha č. 5 Faradayovy zákony, tíhové zrychlení

Ele 1 elektromagnetická indukce, střídavý proud, základní veličiny, RLC v obvodu střídavého proudu

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE

Fyzikální praktikum Závislost indexu lomu skla na vlnové délce. Refraktometr

Protokol č. 3. Morfologie ležícího kmene

Relativistická dynamika

Rychlostní a objemové snímače průtoku tekutin

Řešení: Nejdříve musíme určit sílu, kterou působí kladka proti směru pohybu padajícího vědra a napíná tak lano. Moment síly otáčení kladky je:

Momenty setrvačnosti a deviační momenty

Točivý moment a jeho měření. Tematický celek: Síla. Úkol:

Fyzikální praktikum 1

Ideální krystalová mřížka periodický potenciál v krystalu. pásová struktura polovodiče

Technická mechanika - Statika

V i s k o z i t a N e w t o n s k ý c h k a p a l i n

1.2 Výkonová charakteristika, výpočet spotřeby paliva, zhodnocení účinnosti palivového článku

Hamiltonián popisující atom vodíku ve vnějším magnetickém poli:

Zavádění inovativních metod a výukových materiálů do přírodovědných předmětů na Gymnáziu v Krnově

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Měření Poissonovy konstanty vzduchu. Abstrakt

Podívejte se na časový průběh harmonického napětí

5. Statika poloha střediska sil

I Mechanika a molekulová fyzika

Kirchhoffovy zákony. Kirchhoffovy zákony

Projekt ŠABLONY NA GVM registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.5.00/ III-2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

FOTOSYNTÉZA CÍL EXPERIMENTU MODULY A SENZORY PŘÍSLUŠENSTVÍ POMŮCKY. Experiment B-10

5 Měření tokových vlastností

25 Měrný náboj elektronu

7.8 Kosmická loď o délce 100 m letí kolem Země a jeví se pozorovateli na Zemi zkrácena na 50 m. Jak velkou rychlostí loď letí?

Úloha I.E... nabitá brambora

INFORMACE NRL č. 12/2002 Magnetická pole v okolí vodičů protékaných elektrickým proudem s frekvencí 50 Hz. I. Úvod

1. Změřte voltampérovou charakteristiku vakuové diody (EZ 81) pomocí zapisovače 4106.

UNIVERZITA PARDUBICE FAKULTA CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ. Ústav aplikované fyziky a matematiky ZÁKLADY FYZIKY II

ÈÁST VII - K V A N T O V Á F Y Z I K A

Základy matematiky kombinované studium /06

10a. Měření rozptylového magnetického pole transformátoru s toroidním jádrem a jádrem EI

Difrakce na mřížce. Úkoly měření: Použité přístroje a pomůcky: Základní pojmy, teoretický úvod: Úloha č. 7

1. Změřte momenty setrvačnosti kvádru vzhledem k hlavním osám setrvačnosti.

Název: Studium tření a jeho vliv na běžné aktivity

Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně

MĚŘENÍ PARAMETRŮ DUTÉHO ZRCADLA; URČENÍ INDEXU LOMU KAPALIN POMOCÍ DUTÉHO ZRCADLA

TEPLOTA PLAMENE. Cílem pokusu je sledování teploty plamene svíčky pomocí senzoru teplot širokého rozsahu.

Laboratorní měření 1. Seznam použitých přístrojů. Popis měřicího přípravku

Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Praktikum IV

Fyzikální praktikum 1

Ing. Stanislav Jakoubek

FYZIKÁLNÍ PRAKTIKUM FJFI ČVUT V PRAZE. Úloha 11: Termická emise elektronů

PRAKTIKUM II. Oddělení fyzikálních praktik při Kabinetu výuky obecné fyziky MFF UK. Název: Charakteristiky termistoru. stud. skup.

11. Geometrická optika

Analytická geometrie (AG)

Parametrická rovnice přímky v rovině

ELEKTRICKÉ SVĚTLO 1 Řešené příklady

VLASTNOSTI POLOVODIČOVÝCH SOUČÁSTEK PRO VÝKONOVOU ELEKTRONIKU

Mechanicke kmita nı a vlneˇnı

NETYPICKÉ VYUŽITÍ INDUKČNÍHO VAŘIČE

MOMENT SETRVAČNOSTI. Obecná část Pomocí Newtonova pohybového zákona síly můžeme odvodit pohybovou rovnici pro rotační pohyb:

ELEKTŘINA A MAGNETIZMUS Řešené úlohy a postupy: Posuvný proud a Poyntingův vektor

Transkript:

Úloha 1 Pohyb elektronu ve zkříženém elektrickém a magnetickém poli a stanovení měrného náboje elektronu 1.1 Úkol měření 1.Změřtezávislostanodovéhoproudu I a naindukcimagnetickéhopoleprodvěhodnotyanodovéhonapětí U a1 =50VaU a2 =60V. 2.Vynestegrafyzávislostí I a = f(b),di a /dbanaleznětekritickoumagnetickouindukci B c. 3. Stanovte měrný náboj elektronu e/m a porovnejte výsledek s tabulkovou hodnotou. 1.2 Obecná část a metoda měření Pro měření použijeme elektronkovou diodu s koaxiálním uspořádáním elektrod umístěnou v magnetickém poli dlouhé cívky. Osa symetrie cívky je totožná s osou koaxiálních elektrod elektronky a tedy magnetické pole cívky B je kolmé na radiální elektrické pole v elektronce. Mezielektrodamidiodyjepotenciálovýrozdíl U a,dálejsouznámypoloměryanody R a a R k katody.homogennímagneticképoleuvnitřcívkysevypočítápodlevztahu B=0,0202 I m [T], (1.1) kde I m jemagnetizačníproudprocházejícícívkouvampérech.předpokládáme,žedeformaci magnetického pole na koncích cívky můžeme zanedbat a rovněž zanedbáme deformaci elektrického pole na koncích koaxiálního uspořádání elektrod. Uspořádání pokusu je dobře patrné z obrázku 1.1. Velikost intenzity elektrického pole mezi elektrodami diody závisí na vzdálenosti r od osy elektronky(viz[1], úloha č. 258) E(r)= U a 1 ln(r a /R k ) r. (1.2) Dále předpokládáme, že elektrony vyletují z katody kolmo a jejich dráha leží v rovině kolmé na osu symetrie měřícího přípravku. Elektrony jsou působením elektrického pole 122

B R a R k I m Cívka E(r) Obrázek 1.1: Dioda v magnetickém poli. urychlovány a jejich dráha je působením magnetického pole zakřivována. Při dosažení určitéhodnotyindukcemagnetickéhopole B c sezačnoudráhyelektronůuzavíratapočet elektronů dopadajících na anodu začne klesat, což se projeví poklesem anodového proudu. Naobr.1.2jegrafzávislostianodovéhoproudu I a navelikostimagnetickéindukce B.S rostoucíindukcí Banodovýproudzpočátkumírněklesá(částkřivkyoznačená1),potom při dalším růstu B dojde k prudkému poklesu proudu(část označená 2). Sestupná větevgrafumáinflexníbod,kterémuodpovídámagnetickáindukce B c.přidosaženítéto hodnoty magnetické indukce většina emitovaných elektronů z katody obíhá kolem katody po přibližně kruhových drahách. Protože energie, kterou elektron získá v elektrickém poli diody je značně větší než energie, se kterou jsou emitovány elektrony z katody, všechny elektronydosáhnouoblastianodyipřiindukcimagnetickéhopole B c.vdůsledkuboltzmannova rozdělení energie ve spektru vyletujících elektronů z katody dopadne na anodu maláčástelektronů,aprotoanodovýproudpodosažení B c neklesneskokemnanulu (třetí část grafu na obr.1.2). Dráhu elektronu v elektrickém a magnetickém poli popisuje pohybová rovnice(lorentzův vztah)(viz[2], str. 42) m d2 r(t) dt 2 = ee+e(v B), (1.3) kde mjehmotnostelektronu, ejejehonáboj,r(t)polohovývektorelektronuvčase t, v vektor okamžité rychlosti, E vektor intenzity elektrického pole a B vektor magnetické indukce. Řešením rovnice(1.3) pro vzájemně kolmá pole v případě, že magnetické pole je konstantní a homogenní a elektrické pole je rovněž konstantní a má radiální průběh, jecykloida,kterápřidosaženímagnetickéindukce B c přecházívkružniciopoloměru přibližně R a.přivýpočtukritickéhodnotymagnetickéindukce B c budemepředpokládat, že při dosažení této hodnoty se většina elektronů pohybuje po kružnicích se středem na katodě a s poloměrem blízkým poloměru anody. Soustavu tvořenou elektronem, elektrickým a magnetickým polem můžeme v tomto případě považovat za uzavřenou. Pro pohyb částice v uzavřené soustavě na kruhové dráze platí, že moment hybnosti je konstantní(viz například[2]). 123

(t) I a 1 2 3 B c B Obrázek 1.2: Závislost anodového proudu na magnetické indukci. Moment hybnosti elektronu b je dle[3] v tomto uspořádání roven b=mr 2dϕ dt +1 2 er2 B=konst, (1.4) kdedϕ/dtjeúhlovárychlostelektronuarpoloměrjehodráhy.prodvěvelmiblízké kruhovédráhyopoloměrech r 1 a r 2 apodosazenídorovnice(1.4)dostaneme mr1 2 dϕ dt +1 2 er2 1 B= dϕ mr2 2 dt +1 2 er2 2 B. Pomaléúpravěavydělenípředcházejícírovnicevýrazem r1 2 r2 2 najdemeproúhlovou rychlost dϕ/dt následující vztah dϕ dt =1 e 2 m B. (1.5) Elektron, který vyletěl z katody s velmi malou počáteční rychlostí získal v elektrickém polidiodykinetickouenergiiurčenoupotenciálovýmrozdílem U a.energetickoubilanci úlohy vyjadřuje rovnice ( ) 2 1 dϕ 2 mr2 a = eu a, (1.6) dt do níž dosadíme z rovnice(1.5) za dϕ/dt, čímž dostaneme rovnici 1 2 mr2 a ( 1 2 ) 2 eb c = eu a. m Z poslední rovnice vypočteme vztah pro měrný náboj elektronu e m = 8U a R 2 a B2 c. (1.7) Jinýzpůsobřešenítétoúlohyjeuvedenveskriptech[1],úlohač.325. 124

Obrázek 1.3: 1.3 Postup měření 1. Připojíme k přípravku měřící přístroje. 2. Připojíme měřící přípravek k síti a počkáme asi pět minut než začneme měřit. 3. Magnetizační proud nastavíme na nulu. 4. Nastavíme anodové napětí přepínačem na přípravku. 5.Magnetizačníproud I m měnímetak,abyseanodovýproudzměnilnapř.o0,1ma. 6. Indukci magnetického pole vypočtěte s použitím rovnice(1.1). 7. Naměřené hodnoty vyneste do grafu. Naměřená data zpracujete na k tomu určeném počítači,čímžzískáteinflexníbodfunkčnízávislosti I a (B).Příslušnýinflexníbod je také možné nalézt pomocí metody grafické derivace(viz D). 8. Nalezené hodnoty dosaďte do rovnice(1.7) a vypočítejte měrný náboj elektronu pro oběnapětí U a. 1.4 Kontrolní otázky 1. Postačí dvě naměřené hodnoty měrného náboje elektronu ke statistickému zpracování výsledků? 2. Jak ovlivní chyba v určení bodu inflexe funkční závislosti výsledek měření? 3. Po jaké dráze se pohybuje elektron, který vstupuje kolmo na směr homogenního a konstantního magnetického pole s konstantní rychlostí? 4. Jak vypadá pohybová rovnice popisující elektron v elektrickém a magnetickém poli? 1.5 Seznam použitých přístrojů a pomůcek. Měřící přípravek, zdroj napětí, dva ampérmetry. 125

1.6 Literatura [1] Pekárek, S., Murla, M.: skripta, Fyzika I- Semináře, ČVUT 2001. [2] Kubeš, P., Kyncl, Z.: skripta, Fyzika I, ČVUT 2003. [3] Špolskij, E. V.: Atomová fyzika I, SNTL Praha, 1953. [4] Halliday, D., Resnick, R., Walker, J.: Fyzika, VUTIUM-PROMETHEUS, Brno, 2000. 126