전자의 비전하 측정 실험

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전자의 비전하 측정 실험
전자의 비전하 측정 실험 보고서

전자의 비전하를 측정하여 전자가 질량과 전하를 가졌고, 톰슨이 음극선실험에서 음극선이 전기장과 자기장에 의해서 휘어진다는 사실로 부터 음극선이 (-)전하를 띄고 또한 실험으로 음극선이 전자의 흐름이라는 사실을 알 수 있다.

I. Introduction and Motivation(서론)

전자의 전하와 질량의 비를 측정한다.

II. Fundamental Theory(배경이론)

가열된 필라멘트 음극에 의해서 방출된 전자는 양극에 가해준 전위차에 의해 가속되고, 전자의 초기 운동에너지를 갖는다. 양극에 있는 작은 구멍을 통하여 전자가 자기장이 있는 곳으로 들어가면 전자는 속도와 자기장에 수직한 방향으로 힘을 받아 원운동을 한다.
이 실험기구의 관 내부에는 저압의 수은이 들어있어서 전자가 수은과 충돌하여 수은을 여기시킨다. 여기된 수은에서 나오는 형광에 의하여 전자의 궤도와 위치를 결정할 수 있다. 전하량이 인 전자가 전위차 인 곳에서 가속될 때 얻는 에너지는 이므로 전자의 질량을 이라고 할 때 전자의 속도는 다음과 같이 주어진다.

자기장 속에서 운동하는 전자가 받는 힘은

이고, 는 전자의 속도, 는 자기장의 세기이다. 이 힘은 전자를 원운동하게 한다. 따라서 전자의 구심력과 같게 된다. 즉

식 (1)과 식 (3)으로부터

균일한 자기장은 헬름홀쯔 코일에 의하여 생긴다. 코일의 반경이 이고, 코일로부터 만큼 떨어진 점에서의 자기장의 크기는 다음과 같다.

위 식에서 는 진공상태의 투자율 , 은 코일의 감은 총 회수, 는 코일에 흐르는 전류이다.

그림 전자가속장치와 눈금자

그림 측정관의 구조

III. Experimental (실험장치의 구성 및 실험조건)

1. 실험장치
① 전자선속 발생장치 ② 헬름홀쯔 코일 ③ 전원 ④ 전류계 ⑤ 전압계

그림 실험장치 구성사진

2. 실험조건
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