Studnt Skupina/Osob. číslo INSTITUT FYZIKY VŠB-TU OSTRAVA NÁZEV PRÁCE 5. Měřní ěrného náboj lktronu Číslo prác 5 Datu Spolupracoval Podpis studnta: Cíl ěřní: Pozorování stopy lktronů v baňc s zřděný plyn s přsvědčit o vlivu agntického a lktrického pol na pohyb lktronu. Zěřit ěrný náboj lktronu. Měřicí prostřdky: Whnltova trubic, pár Hlholtzových cívk, dva stabilizované zdroj napětí A a B (viz nástěnka v laboratoři), digitální ultitry, 13 spojovacích vodičů Kopndiu tori: Pokud j lktron hotnosti urychln napětí U, získá kintickou nrgii E k odpovídající práci W lktrické síly na lktron působící při přnsní lktronu zi ísty v lktrické poli s rozdíl potnciálů U: 1 = = =, (1) W U v E k kd v j rychlost lktronu a vlikost náboj lktronu. V agntické poli intnzity B působí na lktron, ktrý s pohybuj rychlostí v, tzv. agntická síla F = v B () o vlikosti F = B v sinα, (3) kd α j úhl zi vktory v a B. V hoognní agntické poli s proto lktron pohybuj pod vliv agntické síly obcně po šroubovici s osou rovnoběžnou s agntickýi indukčníi čarai hoognního pol vyja dvou spciálních případů:
a) Vktor rychlosti lktronu j rovnoběžný s agntickýi indukčníi čarai, pak F = 0. b) Vktor rychlosti j kolý k agntický indukční čará. Elktron s bud pohybovat rovnoěrně po kružnici poloěru r. Magntická síla j současně silou dostřdivou. Srovnj vlikost síly dostřdivé a agntické síly v spciální případě b): v vb r =. (3) Dostan pro rychlost lktronu vztah: v = Br. (4) Rychlost z rovnosti (4) dosaď do (1) a vyjádř ěrný náboj lktronu: U =. (5) ( Br ) V naš uspořádání aparatury splývají osy Hlholtzových cívk v jdnu, ktrá spojuj střdy cívk. Odvozní vlikosti agntické indukc v bodě A, ktrý j na os z (obr. 1), vycházj z Biotova-Savartova zákona, dává výsldk µ B = r z r z A + + + + 3/ 3/ NIr 0 a a, (6) kd µ 0 j prabilita vakua (µ 0 = 1,57 10-6 T A -1 ), r poloěr cívk (r = 0, ), I proud v závitch cívk, z z-ová souřadnic bodu A (Osa z prochází střdy cívk a á počátk v střdu úsčky, ktrá spojuj střdy cívk.), N počt závitů každé cívky (N = 154), a vzdálnost cívk. V Hlholtzově uspořádání, v něž s vzdálnost cívk rovná jjich poloěru (r = a) a každá á N závitů, dostává pro pol v střdu spojnic střdů cívk vztah: 4 B = 5 3/ I µ N. (7) 0 r
Obrázk 1 Vzájná poloha osy z a cívk C1 a C. Žhavná katoda ituj lktrony, ktré xcitují atoy zřděného inrtního plynu. Excitovaný stav atoů nní stabilní, proto záhy přchází do stavu základního, což doprovází vyzařování světlného zářní. Tí js popsali, vli stručně, zviditlnění trajktori lktronu radioluiniscncí. Pokyny k vlastníu ěřní: 1) Srovnjt obr. a 3 s skutčný uspořádání ěřicích prostřdků na pracovní stol a vyčkjt pokynů vyučujícího. Obrázk Aparatura pro ěřní ěrného náboj lktronu.
a) b) Obrázk 3 a) Aby cívkai procházl stjný proud, jsou cívky zapojny v sérii. b) Schéa zapojní Whnltovy trubic v obvodu. ) Přd připojní zdroj A do sítě ncht zkontrolovat vyučující, zda jsou potnciotry 9 a 10 (potnciotry na zdroji A viz obrázk na nástěnc v laboratoři) nastavny na nul!! V opačné případě ůž dojít v průběhu žhavní katody k narušní jjího povrchu. Asi po jdné inutě žhavní nastaví pdagog potnciotry 9 a 10 na pracovní napětí. Potnciál anody j voln potnciotr 9, zatíco potnciál řížky potnciotr 10. Jas a ostrost paprsku lktronů v trubici s ladí potnciotr 10. Maxiální jas j dosažn po -3 inutách. Laboratoř zatnět! Urychlovací napětí ěřít ultitr, ktrý j součástí obvodu s Whnltovou trubicí. 3) Zapnět ultitr, ktrý j v obvodu s cívkai. Ncht cívkai procházt proud. Proud nsí přkročit 5 A aktuální hodnotu proudu odčítát z ultitru! Pokud uvidít světlnou stopu v tvaru spirály, pootočt trubicí podél jjí podélné osy tak, abyst pozorovali stopu v tvaru kružnic. 4) Pro poloěr světlné stopy lktronů 0,0 (světlná stopa protíná příčku žbříčku njbližší žhavné katodě) a urychlovací napětí 95 V, 90 V,..., 00 V zěřt odpovídající proudy, ktré procházjí cívkai. Příčky jsou pokryty luiniscnční nátěr. 5) Každé dvojici hodnot urychlovací napětí proud tkoucí cívkai přiřaďt výpočt hodnotu ěrného náboj lktronu a stanovt střdní hodnotu ěrného náboj z všch ěřní. Spočtět sěrodatnou odchylku ěrného náboj
s = n n n i= 1 i ( 1), kd j střdní hodnota ěrného náboj, i j i-tá hodnota ěrného náboj (i = 1,,... n) a n j počt ěřní. 7) Střdní hodnotu ěrného náboj porovnjt s tabulkovou hodnotou užití rlativní odchylky δ r v procntch: TAB δ TAB r = TAB 100%. Výsldk ěřní zapišt v tvaru: = zaokrouhlná střdní hodnota podl s. odchylky ± s zaokrouhlná na platné cifry C kg 1