تحقیق چگونه نسبت بار به جرم الكترون رااندازه گيري كرد ( ورد)

دسته بندي : دانش آموزی و دانشجویی » دانلود تحقیق
لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
دسته بندی : وورد
نوع فایل :  word (..doc) ( قابل ويرايش و آماده پرينت )
تعداد صفحه : 7 صفحه

 قسمتی از متن word (..doc) : 
 

‏2
‏جوزف تامسون چگونه نسبت بار به جرم الكترون رااندازه گيري كرد؟
‏در آزمایش تامسون از اثر میدان الکتریکی و میدان ‏مغناطیسی استفاده شده است.
‏آزمايش تامسون ( محاسبه نسبت بار به جرم الكترون ‏)‏ 
‏در آزمايش تامسون از اثر ميدان الكتريكي و ميدان مغناطيسي استفاده شده است. دستگاهي كه در اين آزمايش مورد استفاده قرار گرفته است از قسمتهاي زير تشكيل شده است:
‏الف ) اطاق يونش كه در حقيقت چشمه تهيه الكترون با سرعت معين مي باشد بين كاتد و آند قرار گرفته است. در اين قسمت در اثر تخليه الكتريكي درون گاز ذرات كاتدي ( الكترون ) بوجود آمده بطرف قطب مثبت حركت مي كنند و با سرعت معيني از منفذي كه روي آند تعبيه شده گذشته وارد قسمت دوم مي شود. اگر بار الكتريكي q‏  ‏تحت تاثير يك ميدان الكتريكي بشدت‏ E‏ ‏ ‏قرار گيرد، نيروييكه از طرف ميدان بر اين بار الكتريكي وارد مي شود برابر است با:‏  ‏ ‏ ‏ ‏ 
F= q.E
‏ ‏در آزمايش تامسون چون ذرات الكترون مي باشند q = -e‏ بنابراين:
F= -eE  
‏از طرف ديگر چون شدت ميدان‏ E‏ ‏ در جهت پتانسيلهاي نزولي يعني از قطب مثبت بطرف قطب منفي است بنابراين جهت نيرويF‏ ‏  ‏در خلاف جهت يعني از قطب منفي بطرف قطب مثبت مي باشد. اگرx‏ ‏ فاصله بين آند و كاتد باشد كار نيروي‏ F‏ ‏در اين فاصله برابر است با تغييرات انرژي جنبشي ذرات . از آنجاييكه كار انجام شده در اين فاصله برابراست با مقدار بار ذره در اختلاف پتانسيل موجود بين كاتد وآند بنابراين خواهيم داشت
‏2
ev‏0‏ =‏½m‏0v‏2
‏كه در آن ‏ v‏0‏  ‏ ‏ ‏اختلاف پتانسيل بين كاتد و آند e‏ ‏ ‏بار الكترون ‏ v‏  ‏سرعت الكترون و ‏ m‏0‏  ‏جرم آن مي باشد. بديهي است اگر v‏0‏  ‏زياد نباشد يعني تا حدود هزار ولت رابطه فوق صدق مي كند يعني سرعت الكترون مقداري خواهد بود كه مي توان از تغييرات جرم آن صرفنظ نمود . بنابراين سرعت الكترون در لحظه عبور از آند بسمت قسمت دوم دستگاه برابر است با:
v = √(2e v0/ m0)
‏ 
‏ب) قسمت دوم دستگاه كه پرتو الكتروني با سرعت v‏ وارد آن مي شود شامل قسمتهاي زير است ‏:
‏ ‏
‏ 
‏1- يك خازن مسطح كه از دو جوشن ‏ A‏  ‏وB‏ ‏ ‏تشكيل شده است اختلاف پتانسيل بين دو جوشن حدود دويست تا سيصد ولت مي باشد اگر پتانسيل بين دو جوشن را به v‏1‏ ‏  ‏و فاصله دو جوشن را به‏ d‏ ‏ ‏ ‏نمايش دهيم شدت ميدان الكتريكي درون اين خازن E‏ = v‏1‏/d‏ ‏ ‏ ‏خواهد بود كه در جهت پتانسيلهاي نزولي است.
‏ 
‏2- يك آهنربا كه در دو طرف حباب شيشه اي قرار گرفته و در داخل دو جوشن خازن:‏ ‏يك ميدان مغناطيسي با شدت B‏  ‏ايجاد مي نمايد . آهنربا را طوري قرار دهيد كه ميدان مغناطيسي حاصل بر امتداد ox‏ ‏ ‏ امتداد سرعت ‏-‏ و امتداد ‏ oy‏ ‏امتداد ميدان الكتريكي ‏-‏ عمود باشد.
‏3
‏ 
‏پ) قسمت سوم دستگاه سطح دروني آن به روي سولفيد آغشته شده كه محل برخورد الكترونها را مشخص مي كند.
‏وقتي الكترو از آند گذشت و وارد قسمت دوم شد اگر دو ميدان الكتريكي و مغناطيسي تاثير ننمايند نيرويي بر آنها وارد نمي شود لذا مسير ذرات يعني پرتو الكتروني مستقيم و در امتداد ox‏ ‏ ‏ امتداد سرعت ) خواهد بود و در مركز پرده حساس p‏ ‏يعني نقطه ‏ p‏0‏ ‏اثر نوراني ظاهر مي سازد.
‏اگر بين دو جوشن خازن اختلاف پتانسيلv‏1‏ ‏را برقرار كنيم شدت ميدان الكتريكي داراي مقدار معين E‏ ‏خواهد بود و نيروي وارد از طرف چنين ميداني بر الكترون برابر است با ‏ ‏ FE‏ = e E‏ ‏ ‏اين نيرو در امتداد ‏ oy‏ ‏و در خلاف جهت ميدان يعني از بالا به پايين است.
‏ميدان مغناطيسي B‏ ‏ ‏را طوري قرار مي دهند كه برسرعتv‏ ‏ ‏ ‏عمود‏ باشد . الكترون در عين حال در ميدان مغناطيسي هم قرار مي گيرد و نيرويي از طرف اين ميدان بر آن وارد مي شود كه عمود بر سرعت و بر ميدان خواهد بود . اگر اين نيرو را بصورت حاصلضرب برداري نشان دهيم برابر است با:
FM‏ = q.(VXB‏)
‏در اينجا‏ q = e‏ ‏   ‏پس:
FM = q.(VXB)
‏4
‏و مقدار عددي اين نيرو مساوي است با‏  F‏ = e v B‏   ‏زيرا ميدان B‏ ‏  ‏بر سرعت v‏ ‏  ‏عمود‏ ‏است يعني زاويه بين آنها 90 درجه و سينوس آن برابر واحد است. اگر ميدان B‏ ‏ ‏   ‏عمود بر صفحه تصوير و جهت آن بجلوي صفحه تصوير باشد امتداد و جهت نيروي FM‏ ‏در ‏ ‏جهت‏  oy‏ ‏يعني در خلاف جهت FE‏ ‏خواهد بود. حال ميدان مغناطيسي B‏  ‏را طوري‏ ‏تنظيم مي نمايند كهFE‏ = FM‏ ‏ گردد و اين دو نيرو همديگر را خنثي نمايند. اين حالت وقتي دست مي دهد كه اثر پرتو الكتروني روي پرده بي تغيير بماند پس در اين صورت خواهيم داشت:
         FM = FE
        e.v.B = e E
        v = E/ B
‏چون مقدار E‏ و B‏ ‏ ‏معلوم است لذا از اين رابطه مقدار سرعت الكترون در لحظه ورودي به خازن بدست مي ايد . حال كه سرعت الكترون بدست آمد ميدان مغناطيسي B‏ ‏ ‏را حذف مي كنيم تا ميدان الكتريكي به تنهاي بر الكترون تاثير نمايد . از آنجاييكه در جهت ox‏ ‏ ‏نيرويي بر الكترون وارد نمي شود و فقط نيروي FE‏ ‏ ‏بطور دائم آنرا بطرف پايين مي كشد لذا حركت الكترون در داخل خازن مشابه حركت پرتابي يك گلوله در امتداد افقي مي باشد و چون سرعت الكترون را نسبتا كوچك در نظر مي گيريم معادلات حركت الكترون ( پرتو الكتروني ) در دو جهت ox‏ و oy‏ ‏ ‏معادلات ديفرانسيل بوده و عبارت خواهد بود از ‏ 
m0(d2x /dt2)/span>=0    ‏ در امتداox 
m0d2y /dt2)=e. E      ‏ ‏در امتداoy‏
‏با توجه به اينكه مبدا حركت را نقطه ورود به خازن فرض مي كنيم اگر از معادلات فوق انتگرال بگيريم خواهيم داشت:
y=(1/2)(e.E)t‏2‏/m‏0
x=v.t‏
‏ ‏معادلات فوق نشان مي دهد‏ ‏ كه مسير حركت يك سهمي است و مقدار انحراف پرتو الكتروني از امتداد اوليه (ox‏ ‏ ‏) ‏ ‏در نقطه خروج از خازن مقدار ‏ y‏ ‏ ‏در اين لحظه خواهد بود . اگرطول خازن را به L‏ ‏ ‏نمايش دهيم x = L‏ ‏ ‏ ‏ زمان لازم براي سيدن به انتهاي خازن عبارت خواهد بود از t = L / v‏ ‏ اگر اين مقدار ‏ t‏ ‏ ‏را در معادله y‏ ‏ ‏ ‏قرار دهيم مقدار انحراف در لحظه خروج از خازن به دست مي آيد: