تحقیق جوزف تامسون چگونه نسبت بار جرم الکترون رااندازه گیری کر

لینک دانلود خرید پایین توضیحات

دسته بندی : وورد

نوع فایل :  .doc ( قابل ویرایش اماده پرینت )

تعداد : 3 صفحه

---

 قسمتی متن : 

جوزف تامسون چگونه نسبت بار جرم الکترون رااندازه گیری کرد؟

ازمایش تامسون ( محاسبه نسبت بار جرم الکترون ) 

در ازمایش تامسون اثر میدان الکتریکی میدان مغناطیسی استفاده شده است. دستگاهی که ازمایش استفاده قرار گرفته قسمتهای زیر تشکیل شده است:

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

 در ازمایش تامسون چون ذرات الکترون باشند q = -e بنابراین F= -eE  

: طرف دیگر چون شدت میدان E  جهت پتانسیلهای نزولی یعنی قطب مثبت بطرف قطب منفی بنابراین جهت نیرویF   در خلاف جهت یعنی قطب منفی بطرف قطب مثبت باشد. اگرx  فاصله بین اند کاتد باشد کار نیروی F در فاصله برابر تغییرات انرژی جنبشی ذرات . انجاییکه کار انجام شده فاصله برابراست مقدار بار ذره اختلاف پتانسیل موجود بین کاتد واند بنابراین خواهیم داشت:ev0 =½m0v2

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

v = √(2e v0/ m0)

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

- یک خازن مسطح که دو جوشن  A  وB  تشکیل شده اختلاف پتانسیل بین دو جوشن حدود دویست سیصد ولت باشد اگر پتانسیل بین دو جوشن v1   و فاصله دو جوشن d   نمایش دهیم شدت میدان الکتریکی درون خازن E = v1/d   خواهد که جهت پتانسیلهای نزولی است. 2- یک اهنربا که دو طرف حباب شیشه قرار گرفته داخل دو جوشن خازن: یک میدان مغناطیسی شدت B  ایجاد نماید . اهنربا طوری قرار دهید که میدان مغناطیسی حاصل امتداد ox   امتداد سرعت - امتداد  oy امتداد میدان الکتریکی - عمود باشد.

پ) قسمت سوم دستگاه سطح درونی سولفید اغشته شده که محل برخورد الکترونها مشخص کند.

وقتی الکترو اند گذشت وارد قسمت دوم اگر دو میدان الکتریکی مغناطیسی تاثیر ننمایند نیرویی انها وارد نمی شود لذا مسیر ذرات یعنی پرتو الکترونی مستقیم امتداد ox   امتداد سرعت ) خواهد مرکز پرده حساس p یعنی نقطه  p0 اثر نورانی ظاهر سازد

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

میدان مغناطیسی B  را طوری قرار دهند که برسرعتv   عمود باشد . الکترون عین حال میدان مغناطیسی قرار گیرد نیرویی طرف میدان وارد شود که عمود سرعت میدان خواهد . اگر نیرو بصورت حاصلضرب برداری نشان دهیم برابر با: FM = q.(VXB)

در اینجا q = e    پس:

FM = q.(VXB)

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

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

m0(d2x /dt2)/span>=0     امتداox 

m0d2y /dt2)=e. E      امتداoy

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

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

x=v.t

معادلات فوق نشان دهد  که مسیر حرکت یک سهمی مقدار انحراف پرتو الکترونی امتداد اولیه (ox  )  در نقطه خروج خازن مقدار  y  در لحظه خواهد . اگرطول خازن L  نمایش دهیم x = L    زمان لازم سیدن انتهای خازن عبارت خواهد t = L / v  اگر مقدار  t  را معادله y   قرار دهیم مقدار انحراف لحظه خروج خازن دست اید2:      Y =  ½ e( E/m0) ( L/ v)

     e/ m0 = ( 2y/ E ) ( v/ L )2

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

 پس خروج الکترون خازن دیگر هیچ نیرویی وارد نمی شود بنابراین لحظه بعد حرکت ذره مستقیم الخط خواهد مسیر مماس سهمی نقطه خروج خازن . اگر a  فاصله پرده خازن یعنی D P0 باشد توانیم بنویسیم:

P0P1 = y + DP0 tgθ

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

مقداری که ازمایشات اولیه بدست امده 108×7/1 کولن گرم مقداریکه امروزه قبول دقیقتر مقدار قبلی برابر 108×7589/1 کولن گرم است.

علاوه تامسون، میلیکان سال 1906 1913 مدت هفت سال روشی متفاوت اندازه گیری بار الکترون پرداخت.