Физика 2 · Лабораторная работа 1 · ФДО ТУСУР

Удельный заряд электрона методом магнетрона: расчёт электронного отчёта онлайн

Введите четыре серии замеров тока соленоида и анодного тока. Страница посчитает значения для всех 7 шагов отчёта в личном кабинете в том виде, в каком их принимает система.

4 серии по 9 замеровОтчёт из 7 шаговВидео 5:30

Расчёт отчёта по шагам

Заполните таблицу так же, как её показывает система на втором шаге отчёта: четыре серии, в каждой анодное напряжение и девять пар «ток соленоида — анодный ток». Ниже появятся значения для каждого шага, нажмите на любое, чтобы скопировать.

Данные из журнала

Сейчас в таблице пример. Замените его своими числами.

  1. Шаг 1

    Отметьте четыре серии по девять замеров

    Система показывает все замеры с галочками. Отметьте четыре серии по девять замеров: у каждой серии своё анодное напряжение, а внутри серии ток соленоида у всех замеров разный. Это должны быть те же замеры, что вы ввели в таблицу на этой странице. Густоту намотки соленоида система пишет под таблицей.

  2. Шаг 2

    Данные из журнала измерений

    Вводить ничего не нужно

    Система показывает выбранные замеры одной таблицей по четырём сериям. Сверьте числа с таблицей на этой странице и нажмите «Далее».

  3. Шаг 3

    Критические токи Iкр

    На графике Iа от Iс у каждой серии две прямые. Горизонтальная — уровень анодного тока до спада: берём наименьшее значение среди первых двух замеров всех серий, здесь 114.78 мкА. Наклонная проходит через участок спада: строим её методом наименьших квадратов по замерам с 3-го по 7-й. Критический ток — точка пересечения прямых. Для серии 10.28 В:

    Iкр=Iверх−bk=114.78−3119.58-55.747=53.9008…≈53.90 мА
    5254565860626466050100Iс, мАIа, мкА10.28 В: Iс = 53.7 мА, Iа = 114.78 мкА10.28 В: Iс = 54 мА, Iа = 111.57 мкА10.28 В: Iс = 54.3 мА, Iа = 92.56 мкА10.28 В: Iс = 54.9 мА, Iа = 56.36 мкА10.28 В: Iс = 55.3 мА, Iа = 33.22 мкА10.28 В: Iс = 55.8 мА, Iа = 12.83 мкА10.28 В: Iс = 56.2 мА, Iа = 12.83 мкА10.28 В: Iс = 56.6 мА, Iа = 12.83 мкА11.11 В: Iс = 55.94 мА, Iа = 114.78 мкА11.11 В: Iс = 56.34 мА, Iа = 97.6 мкА11.11 В: Iс = 56.84 мА, Iа = 67.36 мкА11.11 В: Iс = 57.24 мА, Iа = 48.34 мкА11.11 В: Iс = 57.74 мА, Iа = 20.39 мкА11.11 В: Iс = 58.24 мА, Iа = 12.83 мкА11.11 В: Iс = 58.64 мА, Iа = 12.83 мкА11.11 В: Iс = 59.04 мА, Iа = 12.83 мкА12.12 В: Iс = 58.44 мА, Iа = 115.61 мкА12.12 В: Iс = 58.84 мА, Iа = 101.3 мкА12.12 В: Iс = 59.24 мА, Iа = 74.77 мкА12.12 В: Iс = 59.74 мА, Iа = 51.92 мкА12.12 В: Iс = 60.14 мА, Iа = 28.61 мкА12.12 В: Iс = 60.64 мА, Iа = 12.92 мкА12.12 В: Iс = 61.04 мА, Iа = 12.92 мкА12.12 В: Iс = 61.44 мА, Iа = 12.92 мкА13.06 В: Iс = 60.7 мА, Iа = 115.36 мкА13.06 В: Iс = 61.3 мА, Iа = 86.11 мкА13.06 В: Iс = 61.8 мА, Iа = 60.1 мкА13.06 В: Iс = 62.2 мА, Iа = 40.29 мкА13.06 В: Iс = 62.7 мА, Iа = 12.89 мкА13.06 В: Iс = 63.1 мА, Iа = 12.89 мкА13.06 В: Iс = 63.6 мА, Iа = 12.89 мкА13.06 В: Iс = 64.1 мА, Iа = 12.89 мкА10.28 В: Iкр = 53.90 мА10.28 В11.11 В: Iкр = 55.85 мА11.11 В12.12 В: Iкр = 58.49 мА12.12 В13.06 В: Iкр = 60.55 мА13.06 В
    Серияk, мкА/мАb, мкАIкр, мА
    10.28 В-55.7473119.5853.90
    11.11 В-45.9402680.7655.85
    12.12 В-49.3553001.4058.49
    13.06 В-43.2642734.3260.55

    В отчёте точки на графике система ставит сама, вписать нужно только значения Iкр.

    Введите в отчёт
    Iкр, мА:
    Система не принимает шаг 3? Напишите нам
  4. Шаг 4

    Удельный заряд для каждой серии

    Формула (2.8) методички. μ0 = 4π·10⁻⁷ Гн/м, n = 40000 вит/м, R = 8 мм = 0.008 м — расстояние от катода до анода, Iкр переводим в амперы. Результат записываем как x · 10¹¹ Кл/кг, три знака после точки. Для серии 10.28 В:

    eуд=8U(μ0nIкрR)2=8·10.28(4π·10−7·40000·53.90·10−3·0.008)2=1.75060…·1011≈1.751·1011

    В поле вводится только x, множитель 10¹¹ система уже учитывает.

    Введите в отчёт
    x:
    Система не принимает шаг 4? Напишите нам
  5. Шаг 5

    Среднее значение удельного заряда

    Складываем четыре значения из шага 4 и делим на 4. Три знака после точки.

    ⟨eуд⟩=1.751+1.762+1.753+1.7624=1.75700…≈1.757·1011 Кл/кг
    Введите в отчёт
    eуд =·10¹¹ Кл/кг
    Система не принимает шаг 5? Напишите нам
  6. Шаг 6

    Отличие от табличного значения δ

    Табличное значение удельного заряда электрона — 1.759·10¹¹ Кл/кг. Ответ в процентах, три значащие цифры.

    δ=|eтаблeуд−1|·100%=|1.7591.757−1|·100%=0.11383…≈0.114%
    Введите в отчёт
    δ =%
    Система не принимает шаг 6? Напишите нам
  7. Шаг 7

    Работа сдана

    Лабораторная работа успешно завершена.

Система не принимает значение?

Напишите нам во ВКонтакте номер шага и свои замеры. Разберёмся и, если ошибка в расчёте, поправим его для всех.

Написать во ВКонтакте

Что происходит в опыте

Удельный заряд электрона — отношение его заряда к массе, e/m. В работе его находят по тому, при каком магнитном поле электроны перестают долетать от катода до анода.

  1. 1

    Лампа в соленоиде

    Магнетрон — лампа с цилиндрическим анодом и катодом-нитью на его оси. На лампу надет соленоид: его магнитное поле направлено вдоль оси и закручивает летящие к аноду электроны.

  2. 2

    Ток соленоида растёт

    При фиксированном анодном напряжении постепенно увеличивают ток соленоида. Пока поле слабое, электроны долетают до анода и анодный ток почти не меняется. Потом он резко падает.

  3. 3

    Критический ток

    Ток соленоида, при котором анодный ток начинает падать, называют критическим. Его находят пересечением двух прямых на графике. Так повторяют для четырёх разных анодных напряжений.

При критическом поле электрон летит по окружности радиусом R/2, где R — расстояние от катода до анода. Отсюда формула (2.6) методички:

em=8UaBкр2R2

Поле внутри длинного соленоида, формула (2.7):

Bкр=μμ0nIкр

Подставляем поле в первую формулу и получаем рабочую формулу (2.8), μ = 1:

em=8Uaμ02n2Iкр2R2

μ0 = 4π·10⁻⁷ Гн/м, R = 8 мм. Густоту намотки n система показывает на первом шаге отчёта.

На чём чаще всего ошибаются

  • Густота намотки из методички

    В методичке указано 26 500 вит/м, а в системе значение может быть другим. Берите то, что система пишет под таблицей на первом шаге.
  • Ток не в амперах

    Iкр в формуле — в амперах: 53.90 мА = 53.90·10⁻³ А. R тоже в метрах: 8 мм = 0.008 м.
  • Перепутаны столбцы

    Ток соленоида в миллиамперах, анодный ток в микроамперах. Если поменять их местами, прямые на графике не пересекутся.
  • Серии с одинаковым напряжением

    На первом шаге у каждой из четырёх серий должно быть своё анодное напряжение, а внутри серии — разные токи соленоида.

Вопросы

Почему анодный ток падает не скачком, а плавно?

Катод не бесконечно тонкий и стоит не точно по оси анода, а электроны вылетают с разной скоростью. Поэтому часть электронов ещё долетает до анода и после критического поля, и спад получается наклонным.

Как найти критический ток, если спад плавный?

Через точки до спада проводят горизонтальную прямую, через точки на участке спада — наклонную. Ток соленоида в точке их пересечения и есть критический. Калькулятор на шаге 3 делает это за вас.

Сколько замеров нужно в каждой серии?

Девять: несколько точек до спада, несколько на самом спаде и несколько после него. Серий четыре, у каждой своё анодное напряжение.

Где расчёт для других работ по физике?

Список всех работ, для которых есть расчёт, — на странице лабораторных по физике. Ссылки на соседние работы есть и внизу этой страницы.