وبلاگ علمی-اطلاع رسانی --- برای یافتن مطلب مورد نظر از امکان جستجوی وبلاگ استفاده نمایید.

آزمایش تامسون ( محاسبه نسبت بار به جرم الکترون ) 

در آزمایش تامسون از اثر میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی استفاده شده است. دستگاهی که در این آزمایش مورد استفاده قرار گرفته است از قسمتهای زیر تشکیل شده است:

الف ) اطاق یونش که در حقیقت چشمه تهیه الکترون با سرعت معین می باشد بین کاتد و آند قرار گرفته است. در این قسمت در اثر تخلیه الکتریکی درون گاز ذرات کاتدی ( الکترون ) بوجود آمده بطرف قطب مثبت حرکت می کنند و با سرعت معینی از منفذی که روی آند تعبیه شده گذشته وارد قسمت دوم می شود. اگر بار الکتریکی q  تحت تاثیر یک میدان الکتریکی بشدت E  قرار گیرد، نیروییکه از طرف میدان بر این بار الکتریکی وارد می شود برابر است با:      

F= q.E

 در آزمایش تامسون چون ذرات الکترون می باشند q = -e بنابراین:

F= -eE  

از طرف دیگر چون شدت میدان E  در جهت پتانسیلهای نزولی یعنی از قطب مثبت بطرف قطب منفی است بنابراین جهت نیروی  در خلاف جهت یعنی از قطب منفی بطرف قطب مثبت می باشد. اگرx  فاصله بین آند و کاتد باشد کار نیروی F در این فاصله برابر است با تغییرات انرژی جنبشی ذرات . از آنجاییکه کار انجام شده در این فاصله برابراست با مقدار بار ذره در اختلاف پتانسیل موجود بین کاتد وآند بنابراین خواهیم داشت

ev0 =½m0v2

که در آن  v0    اختلاف پتانسیل بین کاتد و آند e  بار الکترون  v  سرعت الکترون و  m0  جرم آن می باشد. بدیهی است اگر v0  زیاد نباشد یعنی تا حدود هزار ولت رابطه فوق صدق می کند یعنی سرعت الکترون مقداری خواهد بود که می توان از تغییرات جرم آن صرفنظ نمود . بنابراین سرعت الکترون در لحظه عبور از آند بسمت قسمت دوم دستگاه برابر است با:

v = √(2e v0/ m0)

 

ب) قسمت دوم دستگاه که پرتو الکترونی با سرعت v وارد آن می شود شامل قسمتهای زیر است :

 

 

1- یک خازن مسطح که از دو جوشن  A  وB  تشکیل شده است اختلاف پتانسیل بین دو جوشن حدود دویست تا سیصد ولت می باشد اگر پتانسیل بین دو جوشن را به v1   و فاصله دو جوشن را به d   نمایش دهیم شدت میدان الکتریکی درون این خازن E = v1/d   خواهد بود که در جهت پتانسیلهای نزولی است.

 

2- یک آهنربا که در دو طرف حباب شیشه ای قرار گرفته و در داخل دو جوشن خازن: یک میدان مغناطیسی با شدت B  ایجاد می نماید . آهنربا را طوری قرار دهید که میدان مغناطیسی حاصل بر امتداد ox   امتداد سرعت - و امتداد  oy امتداد میدان الکتریکی - عمود باشد.

 

پ) قسمت سوم دستگاه سطح درونی آن به روی سولفید آغشته شده که محل برخورد الکترونها را مشخص می کند.

وقتی الکترو از آند گذشت و وارد قسمت دوم شد اگر دو میدان الکتریکی و مغناطیسی تاثیر ننمایند نیرویی بر آنها وارد نمی شود لذا مسیر ذرات یعنی پرتو الکترونی مستقیم و در امتداد ox   امتداد سرعت ) خواهد بود و در مرکز پرده حساس p یعنی نقطه  p0 اثر نورانی ظاهر می سازد.

اگر بین دو جوشن خازن اختلاف پتانسیلv1 را برقرار کنیم شدت میدان الکتریکی دارای مقدار معین E خواهد بود و نیروی وارد از طرف چنین میدانی بر الکترون برابر است با   FE = e E  این نیرو در امتداد  oy و در خلاف جهت میدان یعنی از بالا به پایین است.

میدان مغناطیسی B  را طوری قرار می دهند که برسرعتv   عمود باشد . الکترون در عین حال در میدان مغناطیسی هم قرار می گیرد و نیرویی از طرف این میدان بر آن وارد می شود که عمود بر سرعت و بر میدان خواهد بود . اگر این نیرو را بصورت حاصلضرب برداری نشان دهیم برابر است با:

  

FM = q.(VXB)

در اینجا q = e    پس:

FM = q.(VXB)

و مقدار عددی این نیرو مساوی است با  F = e v B   زیرا میدان B   بر سرعت v   عمود است یعنی زاویه بین آنها 90 درجه و سینوس آن برابر واحد است. اگر میدان B     عمود بر صفحه تصویر و جهت آن بجلوی صفحه تصویر باشد امتداد و جهت نیروی FM در  جهت  oy یعنی در خلاف جهت FE خواهد بود. حال میدان مغناطیسی B  را طوری تنظیم می نمایند کهFE = FM  گردد و این دو نیرو همدیگر را خنثی نمایند. این حالت وقتی دست می دهد که اثر پرتو الکترونی روی پرده بی تغییر بماند پس در این صورت خواهیم داشت:

         FM = FE

        e.v.B = e E

        v = E/ B

چون مقدار E و B  معلوم است لذا از این رابطه مقدار سرعت الکترون در لحظه ورودی به خازن بدست می اید . حال که سرعت الکترون بدست آمد میدان مغناطیسی B  را حذف می کنیم تا میدان الکتریکی به تنهای بر الکترون تاثیر نماید . از آنجاییکه در جهت ox  نیرویی بر الکترون وارد نمی شود و فقط نیروی FE  بطور دائم آنرا بطرف پایین می کشد لذا حرکت الکترون در داخل خازن مشابه حرکت پرتابی یک گلوله در امتداد افقی می باشد و چون سرعت الکترون را نسبتا کوچک در نظر می گیریم معادلات حرکت الکترون ( پرتو الکترونی ) در دو جهت ox و oy  معادلات دیفرانسیل بوده و عبارت خواهد بود از  

m0(d2x /dt2)/span>=0     در امتداox 

  m0d2y /dt2)=e. E      در امتداoy

با توجه به اینکه مبدا حرکت را نقطه ورود به خازن فرض می کنیم اگر از معادلات فوق انتگرال بگیریم خواهیم داشت:

y=(1/2)(e.E)t2/m0

x=v.t

 معادلات فوق نشان می دهد  که مسیر حرکت یک سهمی است و مقدار انحراف پرتو الکترونی از امتداد اولیه (ox  )  در نقطه خروج از خازن مقدار  y  در این لحظه خواهد بود . اگرطول خازن را به L  نمایش دهیم x = L    زمان لازم برای سیدن به انتهای خازن عبارت خواهد بود از t = L / v  اگر این مقدار  t  را در معادله y   قرار دهیم مقدار انحراف در لحظه خروج از خازن به دست می آید:

     Y =  ½ e( E/m0) ( L/ v )2

     e/ m0 = ( 2y/ E ) ( v/ L )2

که در آن v سرعت الکترون که قبلا بدست آمده است. L و E بترتیب طول خازن و شدت میدان الکتریکی که هر دو معلوم است پس اگر مقدار y را اندازه بگیریم بار ویژه یا e/m0  محاسبه می شود.

 پس از خروج الکترون از خازن دیگر هیچ نیرویی بر آن وارد نمی شود بنابراین از آن لحظه به بعد حرکت ذره مستقیم الخط خواهد بود و مسیر آن مماس بر سهمی در نقطه خروج از خازن است . اگر a  فاصله پرده از خازن یعنی D P0 باشد می توانیم بنویسیم:

P0P1 = y + DP0 tgθ

tgθعبارتست از ضریب زاویه مماس بر منحنی مسیر در نقطه خروج از خازن و بنابراین مقدار یست معلوم پس باید با اندازه گرفتن فاصله اثر روی پرده( P0 P1)به مقدار y رسید و در نتیجه می توانیم e/ m0 را محاسبه نماییم.

مقداری که در آزمایشات اولیه بدست آمده بود 108×7/1 کولن بر گرم بود مقداریکه امروزه مورد قبول است و دقیقتر از مقدار قبلی است برابر 108×7589/1 کولن بر گرم است.

علاوه بر تامسون، میلیکان نیز از سال 1906 تا 1913 به مدت هفت سال با روشی متفاوت به اندازه گیری بار الکترون پرداخت.

—————————–

منابع :

cph-theory

rc.unesp

 

برگرفته از سایت کانون دانش

+ نوشته شده در  پنجشنبه هفدهم خرداد 1386ساعت 1:26  توسط محمد میرزایی | 
 
صفحه نخست
پروفایل مدیر وبلاگ
پست الکترونیک
آرشیو
عناوین مطالب وبلاگ
درباره وبلاگ
سلام و درود فراوان بر بازدید کنندگان محترم .

ضمن تشکر از این که هنر فیزیک را برای بازدید انتخاب نمودید
سعی بر آن است که محوریت مطالب وبلاگ، فیزیکی و نجومی باشد اما به جهت ایجاد تنوع و نیز با توجه به گستردگی بازدید کنندگان ، مطالبی از سایر علوم از جمله کامپیوتر ، نانوتکنولوژی ، پزشکی و سلامت ، اینترنت و شبکه ، ریاضیات ، شیمی و . . . نیز بر روی وبلاگ قرار خواهد گرفت.


با تشکر از توجه و انتخاب شما.


مدیریت وبلاگ

: : محمد میرزایی : :

پیوندهای روزانه
فيزيك براي همه
آبهويج نامه
با خدا باش
مليكا
سايت جامع رياضي و فيزيك
انجمن علمی فیزیک دانشگاه پیام نور
وبلاگی برای دانش آموزان
مجله اینترنتی ژورنال
تاریخ ایران
مجله اینترنتی
علم و فناوری
فارس نویس
میزبانی وب
فیزیکدان
فیزیک خورشیدوش
آشپزی
فارس نویس
پروژه های الکترونیکی
انجمن دانشجویان زبان انگلیسی
هولوگرام
دنیای فناوری و اطلاعات
تازه های علم
یک وبگرد
tnt-pic
مقالات عمران
مرجع مقالات آموزشی
women's health
وبلاگ مجله من
فراموب
شیمی برای زندگی
تبادل لینک
صبح رامهرمز
پزشکی
مریم
یک بلاگ ایرانی
پروژه هاي دانشجويي رايگان
ریاضی و زندگی
مجله علمی
جاویدان
اطلاعات دارویی-مقالات پزشکی
فیزیک پیام نور سنندج
قالب وبلاگ
بک لینک
انجمن نجوم تیراسیف بجنورد
"آسمان شب برای همه"
شعرای یمانی
نیمکت(شعر و ادبیات)
دستگاه فشار سنج مچي ديجيتالي
مقالات علمی
In The SKY
آرشیو پیوندهای روزانه
نوشته های پیشین
شهریور 1392
مرداد 1392
مهر 1390
شهریور 1390
مرداد 1390
اردیبهشت 1390
فروردین 1390
اسفند 1389
بهمن 1389
دی 1389
آذر 1389
آبان 1389
مهر 1389
شهریور 1389
مرداد 1389
تیر 1389
خرداد 1389
اردیبهشت 1389
فروردین 1389
اسفند 1388
بهمن 1388
دی 1388
آذر 1388
آبان 1388
مهر 1388
شهریور 1388
مرداد 1388
تیر 1388
خرداد 1388
اردیبهشت 1388
فروردین 1388
اسفند 1387
بهمن 1387
دی 1387
آذر 1387
آبان 1387
آرشيو
آرشیو موضوعی
:: مقالات فیزیک ::
:: مقالات نجومی ::
::کیهان شناسی و اختر فیزیک::
:: اخبار دنیای فیزیک ::
:: اخبار نجوم ( فارسی ) ::
:: اخبار نجوم ( لاتین) ::
:: اخبار - علمی - فناوری ::
:: فلسفه ::
:: ریاضیات ::
:: الکترونیک ::
:: نانو تکنولوژی ::
:: شیمی ::
:: کامپیوتر ::
:: شبکه و اینترنت ::
:: عکس و عکاسی ::
:: جغرافیا ::
:: ايران شناسي ::
:: دینی و مذهبی ::
:: موسیقی ::
:: شعر و ادب ::
:: گوناگون ::
:: عاشقانه ::
:: پزشکی - سلامت ::
:: مشاهیر و دانشمندان ::
:: ورزشی ::
:: آیا می دانید ؟ ::
:: فیزیک ذرات بنیادی ::
:: فیزیک جدید ::
:: فیزیک هسته ای ::
:: مهندسی هسته ای ::
:: فیزیک پزشکی ::
:: کتاب و E-book ::
:: فناوری های نوین ::
:: رشته های مهندسی ::
نویسندگان
محمد میرزایی


پیوندها
:: دانشنامه ستاره شناسی ::
فیزیکدان
سايت جامع مهندسي هسته اي و پرتوپزشكي
شیرازی ها
لیست سایت های دانشگاه های ایران
هولوگرام
Professor Stephen Hawking's website
شبیه ساز منظومه شمسی
ستاد توسعه فناوری نانو
"answers.com"
زمانی برای یخیدن انسان
کتابخانه دیجیتال دانشگاه آزاد اسلامی "IAU digital library "
روانشناسی
تازه فیزیک
European Space Agency (ESA)
ستاره پارسی
پژوهشگاه اطلاعات و مدارک علمی
 

 RSS

POWERED BY
BLOGFA.COM