Wyznaczanie e/m z pomiarów efektu magnetronowego

ĆWICZENIE 20
Elektryczność i magnetyzm, Fizyka ciała stałego
WYZNACZENIE e/m Z POMIARÓW
EFEKTU MAGNETRONOWEGO
Opis teoretyczny do ćwiczenia
zamieszczony jest na stronie www.wtc.wat.edu.pl w dziale
DYDAKTYKA – FIZYKA – ĆWICZENIA LABORATORYJNE.
Opis układu pomiarowego
W ćwiczeniu efekt magnetronowy
jest badany przy wykorzystaniu
diody
lampowej
EY - 51
umieszczonej wewnątrz cewki.
Schemat układu pomiarowego
przedstawiono na rysunku.
Układ diody i cewki wraz
z zasilaczem obwodu żarzenia
i
obwodu
anodowego
umieszczony jest na wspólnej
płycie. Zasilacz diody wraz
z potencjometrem suwakowym R
jest obudowany i przymocowany do płyty. Potencjometr suwakowy R służy do regulacji napięcia anodowego.
ĆWICZENIE 20
Elektryczność i magnetyzm, Fizyka ciała stałego
Na płycie wyprowadzone są zaciski: do zasilacza cewki – oznaczone literą I , do pomiaru napięcia anodowego
– oznaczone literą U a , do pomiaru prądu anodowego – oznaczone literą I a .
Przeprowadzenie pomiarów
1. Zaznajomić się z poszczególnymi elementami układu.
2. Na przyrządach pomiarowych ustawić następujące podzakresy: woltomierz – zakres 30 V,
mikroamperomierz – zakres 750 A, miliamperomierz – zakres 750 mA, potencjometr suwakowy
do regulacji napięcia anodowego U a w położenie zero.
3. Połączyć układ według schematu przedstawionego na rysunku.
4. Włączyć zasilacz diody i odczekać około 5 – 10 minut na nagrzanie lampy.
5.Potencjometrem suwakowym R ustawić napięcie anodowe na wybraną wartość U a z zakresu 5 – 15 V.
6. Włączyć zasilacz stabilizowany i zmieniając napięcie zasilające cewkę zmierzyć charakterystykę
I a  f (I ) . Prąd cewki zmieniać w zakresie od 0 do 400 mA co 20 mA. Czynności te powtórzyć dla
trzech różnych wartości napięcia anodowego, a wyniki zapisać w tabeli.
7. Uwaga: Przy pomiarze zależności I a  f (I ) należy utrzymywać stałą wartość U a .
8.Oszacować niepewności pomiarowe maksymalne dla U a , I , I a .
Opracowanie wyników pomiarów
1. Na podstawie wyników z tabeli pomiarów wykreślić wykresy zależności I a  f (I ) dla zmierzonych
wartości dla U a  const . Charakterystyki nanieść na trzy oddzielne wykresy (Wykres-1a, Wykres-1b,
Wykres-1c).
2. Proste widoczne na wykresie wyznaczyć metodą graficzną. Są one przybliżeniem przebiegu
początkowego i końcowego odcinka charakterystyki I a  f (I ) i są do siebie równoległe.
3. Określić wielkości I kr jako rzut punktu przegięcia krzywej I a  f (I ) na oś I. Oszacować niepewność
I kr z wykresu.
Ikr
I
ĆWICZENIE 20
Elektryczność i magnetyzm, Fizyka ciała stałego
4. Dla każdej wartości U a określić wartość Bkr według zależności Bkr  β I kr , następnie obliczyć wartość
8 Ua
e
2
1 2

2
2
m β I ra  rb 2 gdzie:   (1,38  0,02)  10 VsA m to stała wyznaczona empirycznie dla
kr
tego stanowiska, ra  (0,800  0,001) cm , rk  (0,050  0,001) cm .
5. Czynności według punktów 2 i 3 powtórzyć dla pozostałych wartości U a .
6. Biorąc pod uwagę niepewności maksymalne U a ,  , rk , ra i I kr obliczyć niepewność złożoną
2
e
 U a   
e
1
względną wielkości : uc ,r   
  2
 
m
3  U a   
m 
7. Obliczyć niepewność złożoną bezwzględną wielkości
2
  I kr
   2 
I kr
 
2
2
  ra   rk
   2 
   2 
  ra   rk



2
e
e  e e
: u c      uc , r  
m
 m   m m
e
e
8. Wyznaczyć zgodnie z zależnością U    k  uc   niepewność rozszerzoną przyjmując do obliczeń
m
m
współczynnik rozszerzenia k = 2. Sprawdzić zgodność uzyskanej wartości stałej z wartością
tabelaryczną.
9. Wyjaśnić wpływ napięcia U a na wyznaczony stosunek
wynik
e
(wartość i niepewność). Jako końcowy
m
e
przyjąć jeden z wyników dla różnych U a albo wartość średnią, a wybór uzasadnić.
m
Zestawić wyniki, przeanalizować uzyskane rezultaty (także wykresy), wyciągnąć wnioski.
Stwierdzić czy cel ćwiczenia:

wyznaczenie stosunku

zbadanie zależności
został osiągnięty.
e
,
m
e
od napięcia anodowego,
m
ĆWICZENIE 20
Elektryczność i magnetyzm, Fizyka ciała stałego
Grupa, zespół …......................................................................................................................................................
3.1 Wartości teoretyczne wielkości wyznaczanych lub określanych: stosunek e/m ….......
3.2 Potwierdzić na stanowisku wartości parametrów i ich niepewności!
3.3 Pomiary i uwagi do ich wykonania:
I [mA]
Ua = …......V
niepewność ± 0,25 V
Ua = .......V
niepewność …........
Ua = .......V
niepewność …........
niepewność ± 5 mA
Ia [ma]
niepewność ± 5 mA
Ia [ma]
niepewność …........
Ia [ma]
niepewność …........
0
20
40
60
80
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
220
240
260
280
300
320
340
360
380
400
3.4 Data i podpis osoby prowadzącej......................................................................................................................................