Carica elettrica in un campo magnetico

1. Compensazione del campo magnetico terrestre

1. Si noti che ci sono due circuiti indipendenti in questo esperimento:
   1. Fornire corrente alle bobine che creano il campo magnetico ( Figura 2). La corrente è impostata da un quadrante rotante e il circuito include un amperometro digitale che consente di misurare la corrente. Un interruttore a doppio polo a doppio raggio viene utilizzato per invertire la direzione della corrente fornita alle bobine, che inverte il campo magnetico.
   2. Il secondo circuito ( Figura 3) esegue il tubo elettronico. C'è un'alimentazione ad alta tensione, che imposta la tensione di accelerazione e un segnale alternato di 6,3 V collegato a un filamento. Gli elettroni sono, in un certo senso, bolliti dal filamento e quindi accelerati dalla tensione di accelerazione.
2. Nel secondo circuito, accendere l'alimentatore ad alta tensione per accendere il filamento. La luce che si accende all'interno del tubo è il filamento incandescente.
3. Aumentare gradualmente l'alta tensione a circa 2.000 V. La parte dello schermo all'interno del tubo, che viene colpita dal fascio di elettroni, dovrebbe brillare di blu, rendendo visibile il fascio di elettroni.
   1. Si noti che questo non significa che gli elettroni siano blu - il rivestimento sullo schermo è fosforescente e emette un bagliore blu quando gli atomi di questo rivestimento sono energizzati dagli elettroni.
4. Regolare la corrente attraverso le bobine, che creano il campo magnetico uniforme. Man mano che la corrente viene regolata verso l'alto o verso il basso, il percorso del raggio cambia. Regolare la corrente per far passare il raggio attraverso un particolare punto (X, Y) sulla griglia. Prendi nota dell'entità della corrente necessaria per far passare il raggio attraverso quel punto.
5. Invertire la corrente per curvare il raggio nella direzione opposta e regolare la corrente fino a quando il raggio passa attraverso il punto (X, −Y) (l'immagine speculare del punto originale). Ancora una volta, prendi nota dell'entità della corrente necessaria per far passare il raggio attraverso quel particolare punto.
6. Controlla se le grandezze delle due correnti sono diverse. A meno che il tubo non sia allineato in modo che il fascio di elettroni sia parallelo al campo magnetico terrestre, il campo terrestre si aggiunge al campo delle bobine quando la corrente è in una direzione e sottrae da esso quando la corrente è nella direzione opposta.
7. Durante l'esperimento, media le grandezze delle due correnti, la corrente necessaria per far passare il fascio attraverso un particolare punto (X, Y) sulla griglia e la corrente necessaria per passare attraverso il punto dell'immagine speculare (X, −Y), per rimuovere l'effetto del campo magnetico terrestre.

Figura 2: Schema elettrico per le bobine di Helmholtz. La forza del campo magnetico creato dalle bobine di Helmholtz è proporzionale alla corrente che le attraversa. La corrente fornita alle bobine dall'alimentatore regolabile viene misurata dall'amperometro digitale. Lo scopo del doppio interruttore è quello di invertire facilmente la direzione della corrente che passa attraverso le bobine, che inverte la direzione del campo magnetico. Si noti che le due connessioni a ciascuna bobina sono contrassegnate A e Z e le due Z devono essere collegate tra loro per garantire che le bobine producano campi magnetici nella stessa direzione e non in direzioni opposte.

Figura 3: Schema elettrico per il funzionamento del tubo elettronico. Il filamento incandescente che è la fonte degli elettroni è gestito da una sorgente di corrente alternata a 6,3 V. Si noti che il lato negativo del segnale ad alta tensione è anche collegato a un lato del filamento, mentre il segnale positivo ad alta tensione (dell'ordine di 2.000-3.000 V DC) è collegato a un elettrodo sul lato destro della zona di accelerazione. Questo produce un grande campo elettrico diretto a sinistra nella zona di accelerazione, accelerando gli elettroni da sinistra a destra.

2. Raccolta dei dati per una particolare combinazione (X, Y) e (X, − Y)

1. Si noti che i tubi sono costosi e un po 'fragili. Non superare i 3.500 V per la tensione di accelerazione e abbassare la tensione di accelerazione a zero quando non vengono effettuate misurazioni.
2. In questa parte dell'esperimento, registra cinque serie di dati, ognuna con una diversa tensione di accelerazione con la stessa combinazione (X, Y) e (X, −Y).
3. Si noti che quando la tensione di accelerazione aumenta e gli elettroni viaggiano più velocemente, non si piegano tanto, e quindi, il campo magnetico dalle bobine deve essere aumentato per far passare il fascio attraverso lo stesso punto sullo schermo. Scegli un punto particolare (X, Y) e (X, −Y) da utilizzare per questa parte dell'esperimento. Utilizzate l'equazione 10 per calcolare il raggio corrispondente del percorso del raggio.
4. Per una particolare tensione di accelerazione, registrare l'entità della corrente necessaria per far passare il fascio attraverso il punto scelto (X, Y). Invertire la corrente e registrare l'entità della corrente necessaria per far passare il fascio attraverso il punto dell'immagine speculare (X, −Y).
5. Media le due correnti per rimuovere l'influenza del campo magnetico terrestre.
6. Utilizzare la corrente media nell'equazione 8 per calcolare l'intensità del campo magnetico.
7. Utilizzare i valori della tensione di accelerazione, del raggio e del campo magnetico per calcolare l'entità del rapporto carica-massa dell'elettrone.
8. Scegli una nuova tensione di accelerazione e ripeti i passaggi 2.3-2.7. Continuare a eseguire questa visualizzazione fino a quando non sono stati raccolti cinque set di dati.
9. Calcola l'entità del rapporto medio carica-massa per l'elettrone.

3. Raccolta dei dati per una particolare tensione di accelerazione

1. Raccogli altri cinque set di dati. Questa volta, mantieni costante la tensione di accelerazione e cambia i punti (X, Y) e (X, −Y) attraverso i passaggi del raggio. Registrare i dati.
2. Calcola l'entità del rapporto medio carica-massa per l'elettrone.
3. Mediare i due rapporti medio carica-massa determinati dalle sezioni 2 e 3 e indicare le possibili fonti di errore nell'esperimento.