e/m

הטיית קרן אלקטרונים ע"י שדה מגנטי. הטייה שיוצרת מעגל מלמדת על קבוע היחס בין מסת האלקטרון למטענו החשמלי.

clip_image002

ציוד נדרש:

  • מערכת e/m.

תיאור הניסוי:

  • הטיית קרן אלקטרונים ע"י שדה מגנטי. הטייה שיוצרת מעגל מלמדת על קבוע היחס בין מסת האלקטרון למטענו החשמלי.

מילות מפתח:

  • שדה מגנטי.
  • סולונואיד.
  • פליטה תרמויונית.
  • שימור אנרגיה.
  • כוח לורנץ.
  • כוח צנטרפטלי.

אופן ההדגמה:

  • נחבר את המערכת כמתואר בתמונה.
  • חשוב שספק המתח DC (הספק השמאלי) יהיה מחובר בפולריות הנכונה למערכת. פולריות הפוכה תגרום להיווצרות טבעת הפוכה. כלומר שלא בתוך השפורפרת אלא כלפי חוץ.
  • חימום הקתודה גורמת לפליטה תרמויונית של אלקטרונים מפני מתכת. יש לודא כי מתח החימום מוחבר למתח AC נמוך  (הספק הימני, החיבור התחתון – ).
  • יש להפעיל את מתח החימום מספר דקות טרם ההדגמה בכדי לתת לקתודה להגיע לטמפ' אופטימלית.
  • אלקטרונים הנפלטים בתהליך מן הקתודה מואצים לכיוון האנודה במתח DC גבוה  (הספק הימני, החיבור העליון – ). המתח המאיץ פרופורציונלי לאנרגיה הקינטית של האלקטרון.
  • האלקטרונים הנפלטים מעררים את הגז בתוך השפורפרת. והחלקיקים המועררים פולטים פוטונים בחזרתם למצב היסוד. כך מושגת קרן אור המייצגת את מסלול האלקטרונים בשפורפרת. כיוון שכמות הפוטונים הנפלטים הינה באופן יחסי מועטה, הניסוי צריך להתבצע בחושך על מנת שיהיה ניתן להבחין בקרן.
  • כעת נפעיל את הספק השמאלי, האחראי על הזרם בכריכות ויצירת השדה המגנטי בתחום השפורפרת. נראה כעת כי הקרן נסגרת למעגל.
  • אם המסלול של הקרן נראה בורגי – נסובב את השפורפרת עד יצירת מעגל יחיד.
  • אם המסלול הקרן חוצה את השפורפרת – ניתן להקטין את המתח המאיץ של האנודה או לחילופין להגדיל את הזרם של השדה המגנטי.
  •     מתוך הקשר המתמטי של צורת המעגל ניתן להראות כי מתקיים יחס קבוע בין מסת האלקטרון למטענו החשמלי.

רקע תאורטי:

  • כוח לורנץ = כוח צנטריפטלי.
  • מתוך שימור אנרגיה, האנרגיה הקינטית = מתח המאיץ.
  • מתקבל היחס הבא:

הערות

  • על מנת שיהיה ניתן להבחין בהדגמה בצורה טובה:
    • מומלץ לעבוד בתנאי חושך מקסימלים.
    • מומלץ לעבוד עם מתח האצה מקסימלי (גורם לקרן האלקטרונים להיות יותר מוארת).