منو
 صفحه های تصادفی
سود و پتاس
مربی امور هنری
شهریار پسر شروین
گردش شیره پرورده در گیاهان
نیکوتین‌
ذوالقرنین
موتور حرارتی
کاربرد GPS در حمل و نقل ریلی
فهرست مورخان
کروکوئیت
 کاربر Online
411 کاربر online
 : شیمی
برای پاسخ دادن به این ارسال باید از صفحه قبلی اقدام کنید.   ناشناس   در :  شنبه 28 مهر 1386 [04:30 ]
  جوزف تامسون چه گونه نسبت بار به جرم الکترون را اندازه گیری کرد؟
 

جوزف تامسون چه گونه نسبت بار به جرم الکترون را اندازه گیری کرد؟
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 قسمت های زیر تشکیل شده است:
آ ) اطاق یونش که در حقیقت چشمه ی تامین کننده ی الکترون با سرعت معین است بین کاتد و آند قرار گرفته است. در این قسمت در اثر تخلیه الکتریکی درون گاز پرتوی کاتدی ( الکترون ) به وجود آمده به طرف 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 به شدت E قرار گیرد، نیرویی که از طرف میدان بر این بار الکتریکی وارد می شود برابر است با:
F= q.E
در آزمایش تامسون چون ذره ها الکترون هستند q = -e بنابراین:
F= -eE
از طرف دیگر چون شدت میدان E در جهت پتانسیل های نزولی یعنی از قطب مثبت به طرف قطب منفی است. بنابراین جهت نیرویF در خلاف جهت یعنی از قطب منفی به طرف قطب مثبت است. اگرx فاصله بین آند و کاتد باشد کار نیروی F در این فاصله برابر با تغییرات انرژی جنبشی ذره ها است . از آن جایی که 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 است. 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 صرف نظر کرد . بنابراین سرعت الکترون در لحظه عبور از آند بهسمت 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 است 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 پتانسیل های نزولی است.
2- یک آهن ربا که در دو طرف حباب شیشه ای قرار گرفته و در داخل دو جوشن خازن: یک میدان مغناطیسی با شدت B ایجاد می کند . آهن ربا 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 الکترون ها را مشخص می کند.
وقتی الکترون از آند گذشت و وارد قسمت دوم شد اگر دو میدان الکتریکی و مغناطیسی تاثیر نکند نیرویی بر آن ها وارد نمی شود لذا مسیر ذره ها یعنی پرتو الکترونی مستقیم و در امتداد ox امتداد سرعت ) خواهد بود و در مرکز پرده حساس p یعنی نقطه p0 نقطه ی 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 حاصل ضرب 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 به جلوی 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 کنند کهFE = FM شود و این دو نیرو هم دیگر را خنثی کند. 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 به دست می اید . حال که سرعت الکترون به دست آمد میدان مغناطیسی B را حذف می کنیم تا میدان الکتریکی به تنهای بر الکترون تاثیر کند . از آن جایی که در جهت ox نیرویی بر الکترون وارد نمی شود و فقط نیروی FE به طور دائم آن را به طرف پایین می کشد لذا حرکت الکترون در داخل خازن مشابه حرکت پرتابی یک گلوله در امتداد افقی است 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)=0 در امتداox
m0(d2y /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
معادله های 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 به دست آمده است. L و E به ترتیب 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 ی 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 ی خروج از خازن و بنابراین مقداری معلوم است پس باید با اندازه گرفتن فاصله اثر روی پرده( P0 P1)به مقدار y رسید و در نتیجه می توانیم e/ m0 را محاسبه کنیم.
مقداری که در آزمایش های اولیه به دست آمده بود 108×7/1 کولن بر گرم بود مقداریکه امروزه مورد قبول است و دقیق تر 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.
—————————–
www.asbtond.blogfa.com

  امتیاز: 0.00