قياس نسبة شحنة الالكترون الى كتلتة (e/m)
في هذه التجربة، تنطلق الالكترونات من السلك الساخن وتتسارع بتأثير المجال الكهربائي ومن ثم تنحرف نتيجة تأثير المجال المغنطيسي في مداد دائري.
بقياس الجهد المتسارع للمجال الكهربائي، شدة المجال المغناطيسي ونصف قطر المدار، نستطيع بذلك حساب كل من vسرعة الالكترونات وقياس نسبة شحنة الالكترون الى الكتلة.
وصف لانبوب القياسe/m:
رزمة من الالكترونات تنتج عن طريق مسدس الكتروني يتكون من سلك مستقيم رفيع محاط بقطب موجب ( المصعد) يحتوي على فتحة طويلة دقيقة كما هو مبين في الشكل رقم 1a، 1b . الالكتورنات تنطلق من السلك الساخن (F( وتتسارع بفرق جهد بين F والمصعد C. بعض الالكتورنات تخترق كأنها رزمة ضيقة خلال الفتحة الضيقة S الى جانب المصعد C . بعض البخار الزئبقي يكون موجود في الانبوب، وعندما يتصادم الكترن ذو طاقة حركية عالية مع ذرات الزئبق ينتج قوس من الطيف بخصائص اللون الأزرق. المجال المغناطيسي المنتظم يكون ناتج عن مرور تيار كهربائي خلال الملفات المتوازيان والمعرفات ب ( هيلموتز HelmHotz). المجال المغناطيسي هو المسبب لسيل الالكترونات كي تتحرك في مسار دائري، كلما زادت شدة المجال نقص نصف قطر المسار. بتعديل ملائم لشدة المجال وبالتحكم به، أو عن طريق الجهد المسارع، نستطيع أن نجعل رزمة الالكتورونات تنطبق وتمر من خلال واحد من خمسة مقاطع تعرف بالمسافات من السلك الساخن F في أنبوب e/m.
(شكل 1)
الشكل 1a عبارة عن مقطع عرضي للانبوب والسلك الساخن F.
الشكل 1b عبارة عن مقطع تفصيلي للسلك الساخن و أجزائه من خلال الشكلين 1a، 1b، الرموز التالية تفي:
A. خمسة مقاطع معدنية مرتبطة مع السلك الساخن
B. مسار مثالي للالكترونات
C. مصعد أسطواني
D. المسافة من السلك الساخن الى المقاطع الخمسة
E. سلك رصاصي وداعم للمصعد
F. السلك الساخن
G. أسلاك رصاصية ودعمات للسلك الساخن
H. وصلات عازلة
النظرية:
عندنا سيل من الالكترونات يتسارع خلال ومن جهدV ، فإن الطاقة الحركية العظمى لكل الكترون تعطي(1) ev=1/2mv2 علما بأن : m كتلة الالكترون، v سرعة الالكترون النهائية، e: مقدار شحنة الالكترون.
عندما يتحرك جسيم عمل شحنة q في مجال مغناطيسي بسرعة ، فإنه يتأثر بقوة تعرف بقوة لودنتر وتعطى 2) F=qV×B ، وحدة المجال المغناطيسي حسب النظام العالمي (SI) هي ويبر/م2 أو تسلا (T).
إذا كانت سرعة الالكترون والمجال المغناطيسي B متعامدان على بعضهما، فإن مقدار القوة المؤثرة هي F=qVB والجسيم يتحرك في مسار دائري عموديا على المجال المغناطيسي، نصف قطر هذا المسار يمكن حسابه بموازنة القوة المركزية وقوة لودنتز حيث أن : (3)( mv2/r( evBعلما بأن r: نصف قطر المسار الدائري.
(شكل 2)
بتعويض سرعة الكترون v من معادلة رقم (1) الى معادلة رقم رقم (2)، نحصل على نسبة شحنة الالكترون الى كتلة: (4) e/m=2v/B2r2.
في هذه التجربة المجال المغناطيسي ينتج عن طريق مرور تيار كهربائي في ملفات هلموتز، قيمة المجال المغناطيسي للمنطقة داخل الملفات هو مجال منتظم ويعطي المعادلة التالية: .
N: عدد اللفات، R: نصف قطر الملفن I: التيار، سماحية الوسط= إتجاه المجال كما هو مبين في الشكل:
(شكل 3)
خطوات العمل:
1. جهاز e/m يحتاج الى ثلاثة دوائر كهربائية منفصلة (شكل 4) يجب عليك دراسة الملاحظات المذكورة أدناهن قم بتركيب الدوائر واستعن بمعلم المختبر المشرف لفحصها قبل أن تقوم بتشغيلها.
الثلاث دوائر هي:
أ. دائرة السلك الساخن (Filament): محول 6.3 فولت AC يوصل للسلك الساخن حتى يقوم بتسخينه وبالتالي يطلق الالكترونات، افحص بأن السلك الساخن قبل التشغيل بملاحظة وهج أبيض. شدة إضائة تتغير باستخدام مقاومة متغيرة.
ب. دائرة الأنود ( المصعد) : بطارية DC فولت توصل مع طرفي الأنود لتأسيس الجهد المسارع V. هذا الجهد يقاس بجهاز مقياس الجهد وأن لا يتعدى 45 فولت. عندما يتم تفعيل البطارية ببطىء حتى تقريبا 12 فولت، تلاحظ لون أزرقي يخرج من الفتحة الطولية الضيقة خلال الأنود. الكترونات لا يمكن ملاحظتها لكن بتصادمها مع ذرات الزئبق داخل الانبوب والتي تطلق الضوء.
ت. دائرة ملف هلموتز: (Helmhotz Cil):
يوصل بطارية ومقياس تيار على التوالي مع ملفات هلموتز، التيار في الملفات يمكن أن يتغير لثني شعاع الالكترون حتى يتلائم مع المقاطع الحديدية. التيار لا يجب أن يتعدى 5 أمبير.
(شكل 4)
2- بالتجربة، افحص اتجاهات كل من . أرسم متجهات تبين إتجاه قوة لوزتنز للالكترون. استخدم * للإشارة الى الأعلى، × للإشارة الى الاسفل.
3- ضع الجهد المسارع حتى 20 فولت. قم بقياس التيار داخل ملف هلموتز اللازم لعمل مسار دائري للالكترونات تتناسب مع الخمسة مقاطع من المقاطع الحديدة،
قم بإعادة الاجراء مرة أخرى بزيادة الجهد المسارع 5 فولت كل خطوة حتى تصل الى أقصى جهد وهو 45 فولت.
تقرير المختبر
1- كل ملف من ملفات هلموتز يتكون من 72 لفة من سلك نحاس بقطر السلك النحاسي m 0.33.
2- قطر مسار الالكترونات يقدر باستخدام المسافات التالية من السلك الساخن (Filament) الى المقطع الحديدي (Crossbar):
رقم المقطع الحديد نصف قطر المسار
1 3.25
2 3.90
3 4.5
4 5.15
5 5.75
تحليل النتائج:
1. قم برسم التيار I مع من القراءات التي حصلت عليها في خطوة 3ز أستخدم ميل المماس والتقاطع مع المحور الصادي وحدد قيم صل القيمة التي حصلت عليها ل تتوافق مع القيمة المقبولة ؟
2. أستخدم معادلة رقم ووضح كيف تحصل على قيمة e/mمن خلال سيل المماس للعلاقة بين التيار I و ؟
واذا كانت المعادلات ناقصة لعدم دعم المتصفح لها بامكانكم الرجوع الرابط التالي
