Měření měrného náboje elektronu

Daniel Krasnickýa

Ondřej Zlámal

Co je e/m ?

• Měrný náboj elektronu, je poměr náboje elektronu k jeho hmotnosti.

• V soustavě SI má jednotku C · kg-1

•Neonové svítidla (19. stol.)

•1858 – Julius Plucker objevuje katodové záření, brzy se zjišťuje, že se dráha záření ohýbá v magnetickém poli

Historie elektronu

Historie elektronu

• 1892 – Philip Lenard zjišťuje, že záření proniká přes sklo a přes tenké kovové plíšky mimo katodovou trubici

• 1895 - Jean Perrin zjišťuje, že záření má záporný náboj• Do 1897 se stále se nedaří (Hertzovi, Lenardovi) změnit

dráhu katodového záření elektrickým polem• 1897 - J.J. Thomson publikuje svou práci Cathode Rays,

kde potvrzuje svou hypotézu o částicové povaze kat. záření, zároveň objevuje měrný náboj elektronu.

Joseph John Thomson

• Narozen 1856, u Manchesteru• V roce 1876 získal stipendium na Trinity College

(Cambridge)• V roce 1880 začal pracovat v Cavendishově laboratoři a v

roce 1884 byl nečekaně zvolen profesorem (třetím v řadě po Maxwellovi a Lordu Rayleighovi)

• 1897 – objevil elektron• 1906 – Nobelova cena za výzkum elektrické vodivosti

plynů • Zemřel 30. Srpna, 1940

J.J. Thomson

J.J. Thomsonův experiment

• Thomson si uvědomil,že ionizovaný plyn kolem svazku vyruší elektrické pole. Snížil proto tlak v trubici na minimum, pak mohl pozorovat ohyb nabitých částic v elektrickém poli.

• Použil přitom kombinaci elektrického a magnetického pole, aby zjistil rychlost částice, a tak i poměr náboje k hmotnosti částice

Měření e/m v příčném magnetickém poli

• Evakuovaná katodová trubice (baňka)• Helmholtzovy cívky• zdroje napětí• zrcadílko se stupnicí

Měření e/m v příčném magnetickém poli:Helmholtzovy cívky

• Dvojice cívek zajišťuje dostatečné homogenní magnetické pole ve středu mezi cívkami

Měření e/m v příčném magnetickém poli:Katodová trubice

• Elektrony opouští nažhavenou katodu a jsou urychleny v elektrickém poli

• Elektrony ionizují zbytkový plyn, tím se svazek elektronů zviditelní namodralým světlem

Rychlost urychlených elektronů

• Elektrony v elektrickém poli získají energii: E = q · U

• Tato energie se rovná energii kinetické:• E = 1/2 · mv2

• meUv 2

e / m

• Dostředívá síla: F = mv2 / r

• Síla Lorentzova: F = q · v · B

• q/m = 2U / (B2r2)

Naše měření:I= 1,5 A e/m

U (V) Průměr (cm)1. 120 6,1 1,87987E+112. 140 6,5 1,93155E+113. 100 6 1,61921E+11

I= 2AU (V) Průměr (cm)

4. 160 5,5 1,73429E+115. 180 5,9 1,69549E+116. 200 6,1 1,76237E+11

I= 1AU (V) Průměr (cm)

7. 100 8,3 1,90385E+118. 150 10,9 1,65587E+119. 125 9,6 1,77892E+11

10. 75 6,9 2,0661E+1111. 90 7,9 1,89137E+1112. 110 8,9 1,82138E+1113. 175 11,2 1,82974E+1114. 160 10,9 1,76626E+1115. 140 10,2 1,76488E+11

I= 2AU (V) Průměr (cm)

16. 140 5,1 1,76488E+1117. 180 5,8 1,75446E+1118. 300 7,8 1,61681E+1119. 260 6,9 1,79062E+1120. 220 6,4 1,76113E+11

1,78945E+11

Použitá literatura

• „http://www.phy.cam.ac.uk/cavendish/history/years/jjandcav.asp“ Cavendish laboratory, University of Cambridge: 2003

• „http://www.aip.org/history/electron/jjrays.htm“ American Institute of physics 1997-2004

• „http://badger.physics.wisc.edu/lab/manual2/E-6.html“R. Rollefson, H.T. Richards, M.J. Winokur

• „http://praktika.fjfi.cvut.cz/“• „http://fyzika.fjfi.cvut.cz/“