- •Одесский национальный университет имени и. И. Мечникова Кафедра экспериментальной физики атомная физика
- •Часть I
- •Содержание
- •Лабораторная работа № 1 Определение удельного заряда электрона
- •1. Определение удельного заряда электрона по методу фокусировки продольным магнитным полем (метод Буша)
- •Установка и методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •2. Определение е/т по методу отклонения электронного луча в магнитном поле Земли
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Лабораторная работа №2 определение заряда электрона по методу милликена
- •Описание метода Милликена
- •Измерительная установка и методика эксперимента
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Лабораторная работа № 3 Определение потенциалов возбуждения и ионизации атомов
- •1.Определение потенциалов возбуждения атома
- •2. Определение потенциалов ионизации атома
- •Литература
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4 Определение постоянной Ридберга
- •Экспериментальная установка и методика измерений
- •Задание 1. Градуировка спектроскопа
- •Задание 2. Определение постоянной Ридберга и построение диаграммы Гротриана
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Лабораторная работа № 5 Изучение спектров комбинационного рассеяния
- •Описание измерительной установки
- •Методика и порядок измерений
- •Обработка спектрограмм
- •Контрольные вопросы
- •Литература
Измерительная установка и методика эксперимента
Схема простой установки для измерения заряда электрона приведена на рис. 5. Конденсатор К состоит из двух латунных отполированных пластин, закрепленных на эбонитовом цилиндре М. Капельки масла распыляются в камере С и через отверстие в верхней пластине конденсатора поступают внутрь его. При этом вследствие электризации трением капли будут нести электрические заряды. Подавая на конденсатор напряжение от высоковольтного выпрямителя В, можно изменить направление движения капли. Величина этого напряжения измеряется вольтметром V.
Ч ерез окошко (1) капельки освещаются светом от лампы накаливания S. Тепловой фильтр Ф поглощает инфракрасную часть спектра, что предотвращает нагревание капель.
Наблюдение производится при помощи микроскопа через окошко в направлении, перпендикулярном к освещающему пучку. Поэтому выбранная капля в поле зрения микроскопа видна как яркая звездочка на темном фоне. Измерение скорости движения капли производится при помощи шкалы, расположенной в фокальной плоскости окуляра. Время прохождения каплей некоторого заданного расстояния определяется по секундомеру.
Порядок выполнения работы
Включают блок питания и осветительную систему. Резким движением поршня насоса вбрызгивают масло в камеру. Наблюдают в микроскоп падение капелек. Так как микроскоп дает обратное изображение, капли в его поле зрения будут двигаться вверх. Замыкая на короткие промежутки времени ключ П, выбирают для измерений подходящую капельку.
При выборе капельки нужно исходить из следующих соображений. Во-первых, заряд капельки должен быть отрицательным. При включении поля такая капля в поле микроскопа будет перемещаться вниз (учитывая тот фактор, что микроскоп переворачивает изображение). Во-вторых, следует избегать слишком больших или малых капель. Заряд большой капли велик, что затрудняет точное определение числа электронов на ней. Слишком малые капли, как указывалось выше, не подчиняются закону Стокса. Каплей подходящего размера является такая, которая под действием силы тяжести падает со скоростью около 0.01 см/с. Такую каплю легко наблюдать, а скорость ее доступна точному определению.
После выбора капли включают ключ П и измеряют время tε прохождения ею отрезка n2-n1 шкалы микроскопа. Зная цену деления шкалы, можно определить длину пути капли. Затем размыкают ключ П и измеряют промежуток времени tg, за который капля пройдет такое же расстояние в поле тяжести. Отсчет времени в обоих случаях следует начинать уже после того, как капля пройдет некоторый путь. При этом условии ее скорость можно считать постоянной.
В работе участвуют два человека - один ведет непосредственное наблюдение за каплей, включает и выключает секундомер и ключ П.
Второй фиксирует показания секундомера и вольтметра и ведет запись.
Измерения повторяют для 30 капель, имеющих близкие скорости падения. Результаты измерений и расчетов целесообразно оформить в виде таблицы, образец которой приведен ниже. Для удобства вычислений формулу (5) можно привести к виду
(6)
Множитель А включает также длину пути капельки l и разность потенциалов U:
(7)
Величина А может быть вычислена (в системе СГСЭ ) предварительно по следующим данным: d=0.9 см, η=1.832·10-4г/cм·с, l= 0.05 см (5делений шкалы),
U =800 В = 8/3 ед. СГСЭ, σ= 0.94 г/см3, ρ=1.29·10-3 г/см3, g=981 см/с2.
№ капли |
Время, с |
Обратные величины |
Значения
|
Заряд капли en·10-10 СГСЭ |
|||
Подъ-ема tε |
Паде-ния tg |
|
|
|
Вычисленные по формуле (6) заряды капель группируют по сериям. В каждую серию входят близкие (в пределах погрешности эксперимента) значения. Находят средние значения зарядов для каждой серии.
Наименьшая разность между вычисленными средними зарядами и даст величину заряда электрона е. Полученные после усреднения значения заряда электрона е сравнивают с табличным значением.