מטען חשמלי בשדה מגנטי

1. פיצוי על השדה המגנטי של כדור הארץ

1. שים לב כי ישנם שני מעגלים עצמאיים בניסוי זה:
   1. ספק זרם ל סלילים היוצרים את השדה המגנטי ( איור 2). הזרם מוגדר על-ידי חוגה סיבובית, והמעגל כולל מד-ים דיגיטלי המאפשר למדוד את הזרם. מתג חבטה כפולה משמש כדי להפוך את כיוון הזרם המסופק ל סלילים, מה הופך את השדה המגנטי.
   2. המעגל השני ( איור 3) מפעיל את צינור האלקטרונים. יש אספקת מתח גבוה, אשר קובע את המתח המאיץ אות לסירוגין של 6.3 V מחובר חוט. אלקטרונים, במובן מסוים, מבושלים מהסיבים ואז מואצים על ידי המתח המאיץ.
2. במעגל השני, הפעל את ספק הכוח במתח גבוה כדי להפעיל את חוט. האור שמדליק בתוך הצינור הוא הניב הזוהר.
3. בהדרגה להגביר את המתח הגבוה לכ 2,000 V. החלק של המסך בתוך הצינור, אשר נפגע על ידי קרן האלקטרונים, צריך לזהור כחול, מה שהופך את קרן האלקטרונים גלוי.
   1. שימו לב שזה לא אומר שאלקטרונים הם כחולים - הציפוי על המסך הוא זרחן ומעניק זוהר כחול כאשר האטומים של ציפוי זה הם אנרגיה על ידי האלקטרונים.
4. התאם את הזרם דרך סלילים, היוצרים את השדה המגנטי האחיד. כאשר הזרם מותאם למעלה או למטה, נתיב הקרן משתנה. התאם את הזרם כדי להעביר את הקרן דרך נקודת X, Y מסוימת ברשת. שים לב לערך הגודל של הזרם הנדרש כדי שהקרן תעבור דרך נקודה זו.
5. הפוך את הזרם כדי לעקוף את הקרן בכיוון ההפוך, ולהתאים את הזרם עד שהקרן תעבור דרך הנקודה (X, −Y) (תמונת המראה של הנקודה המקורית). שוב, שים לב לערך הגודל של הזרם הנדרש כדי שהקרן תעבור דרך הנקודה המסוימת הזו.
6. בדוק אם סדרי הגודל של שני הזרמים שונים. אלא אם כן הצינור מיושר במקרה כך שקרן האלקטרונים מקבילה לשדה המגנטי של כדור הארץ, שדה כדור הארץ מוסיף לשדה סלילי כאשר הזרם נמצא בכיוון אחד ומפחית ממנו כאשר הזרם נמצא בכיוון השני.
7. לאורך הניסוי, ממוצע סדרי הגודל של שני הזרמים, הזרם הנדרש כדי שהקרן תעבור דרך נקודת X, Y מסוימת ברשת, והזרם הנדרש כדי לעבור דרך נקודת תמונת המראה (X, −Y), כדי להסיר את השפעת השדה המגנטי של כדור הארץ.

איור 2: תרשיםמעגלים לסילילי הלמהולץ. כוחו של השדה המגנטי שנוצר על ידי סלילי הלמהולץ הוא פרופורציונלי לזרם העובר דרכם. הזרם המסופק ל סלילים על ידי ספק הכוח המתכוונן נמדד על ידי האמטר הדיגיטלי. מטרת המתג הכפול היא להפוך בקלות את כיוון הזרם העובר דרך סלילי, מה הופך את כיוון השדה המגנטי. שימו לב ששני החיבורים לכל סליל מסומנים A ו- Z, ויש לחבר את שני ה- Z כדי להבטיח שה סלילים מייצרים שדות מגנטיים באותו כיוון, ולא בכיוונים מנוגדים.

איור 3: דיאגרמת מעגל להפעלת צינור האלקטרונים. חוט הזוהר המהווה את מקור האלקטרונים מנוהל על ידי מקור זרם 6.3 V לסירוגין. שים לב כי הצד השלילי של אות המתח הגבוה מחובר גם לצד אחד של הסיב, בעוד אות המתח הגבוה החיובי (בסדר גודל של 2,000-3,000 V DC) מחובר לאלקטרודה בצד ימין של אזור התאוצה. זה מייצר שדה חשמלי גדול שמכוון שמאלה באזור התאוצה, ומאיץ את האלקטרונים משמאל לימין.

2. איסוף נתונים עבור שילוב מסוים (X, Y) ו- (X, − Y)

1. שים לב כי הצינורות יקרים ושבריריים במקצת. אין לחרוג מ- 3,500 V עבור המתח המאיץ, והורד את המתח המאיץ לאפס כאשר לא מתבצעות מדידות.
2. בחלק זה של הניסוי, להקליט חמש קבוצות של נתונים, כל אחד עם מתח מאיץ שונה עם אותו (X, Y) ו (X, −Y) שילוב.
3. שים לב שככל שהמתח המאיץ עולה והאלקטרונים נעים מהר יותר, הם לא מתכופפים כל כך הרבה, ולכן, יש להגדיל את השדה המגנטי מה סלילים כדי שהקרן תעבור דרך אותה נקודה על המסך. בחר נקודת מסוים (X, Y) ו- (X, −Y) לשימוש עבור חלק זה של הניסוי. השתמש במשוואה 10 כדי לחשב את הרדיוס המתאים של נתיב הקרן.
4. עבור מתח מאיץ מסוים, תעד את גודל הזרם הדרוש כדי שהקרן תעבור דרך נקודת ה- Y שנבחרה (X, Y). הפוך את הזרם ורשום את גודל הזרם הדרוש כדי שהקרן תעבור דרך נקודת תמונת המראה (X, −Y).
5. ממוצע שני הזרמים כדי להסיר את ההשפעה של השדה המגנטי של כדור הארץ.
6. השתמש בזרם הממוצע במשוואה 8 כדי לחשב את חוזק השדה המגנטי.
7. השתמש בערכים של המתח, הרדיוס והשדה המגנטי המאיצים כדי לחשב את גודל יחס המטען-למסה של האלקטרון.
8. בחר מתח מאיץ חדש, וחזור על שלבים 2.3-2.7. המשך לעשות זאת עד לאיסוף חמש ערכות נתונים.
9. לחשב את הגודל של יחס המטען-מסה הממוצע עבור האלקטרון.

3. איסוף נתונים עבור מתח מאיץ מסוים

1. אסוף עוד חמש ערכות נתונים. הפעם, שמור על קבוע המתח המאיץ ושנה את הנקודות (X, Y) ו- (X, −Y) שהקרן עוברת דרכן. הקלט את הנתונים.
2. לחשב את הגודל של יחס המטען-מסה הממוצע עבור האלקטרון.
3. ממוצע שני יחסי המטען-מסה הממוצעים שנקבעו מסעיף 2 ו- 3, ומצבם מקורות שגיאה אפשריים בניסוי.