چهارشنبه هفتم آذر 1386

جوزف تامسون چگونه نسبت بار به جرم الكترون را بدست آورد

در اواخر قرن نوزدهم اشعه‌ي كاتدي كه جرياني از الكترونهاست مورد بررسي قرار گرفت و مشخص شد كه الكترونها داراي بار الكتريكي منفي هستند و طبيعت اين الكترونها هم به جنس ماده بستگي ندارد، اما ميزان بار يا جرم اين ذرات همچنان ناشناخته بود تا اينكه آقاي جوزف تامسون در سال 1897 موفق شد نسبت بار به جرم الكترون را از طريق بررسي انحراف اشعه‌ي كاتدي در ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي معين كند . البته لازم به ذكر است روش تامسون قادر نبود ميزان بار يا جرم الكترون را هر يك به تنهايي تعيين كند. روش تامسون بر اين اصل استوار است كه ميدانهاي مغناطيسي و جريان الكتريكي بر يكديگر تاثير متقابل دارند يعني ميدان مغناطيسي قادر است ذرات باردار را كه در مسير مستقيم حركت مي‌كنند از مسير خود منحرف كند. پس وقتي كه يك الكترون با بار الكتريكي e و جرم m با سرعت v وارد يك ميدان مغناطيسي مي‌شود ، از مسير مستقيم خود منحرف مي‌شود و مسيرش هلال يا دايره‌اي مي‌شود كه شعاع آن r مي‌باشد. مقدار r از رابطه زير بدست مي‌آيد:

(1) r=mv/He

كه در آن H شدت ميدان مغناطيسي است.همانطور كه از رابطه بالا مشخص است هر چه شدت ميدان و بار الكتريكي ذره بيشتر باشد r كوچكتر مي‌شود. كوچكتر شدن r به معناي بيشتر شدن انحراف از مسير مستقيم است. از طرف ديگر چون r با m , v رابطه مستقيم دارد پس هر چه سرعت و جرم ذره بيشتر باشد انحراف ذره كمتر مي‌شود.

اگر رابطه فوق را كمي جابجا كنيم رابطه زير بدست مي‌آيد:

(2) e/mv=1/Hr

 تامسون مقدار r را براي انحراف اشعه كاتدي در يك ميدان مغناطيسي با شدت معين معلوم كرد و از آنجا توانست مقدار e/mv را بدست آورد. اما براي بدست آوردن e/m بايد مقدار v را نيز معين كرد. يكي از روشهايي كه تامسون براي پيدا كردن مقدار v به كار برد مطالعه‌ي اشعه‌ي كاتدي در لامپي بود كه در امتداد آن ميدانهاي الكتريكي و مغناطيسي همزمان و عمود بر هم برقرار شده بود. طبق روابط فيزيك ورياضي سرعت الكترون از رابطه زير بدست مي‌آيد:

V=E/H (3)

كه در آن E شدت ميدان الكتريكي و H شدت ميدان مغناطيسي است.با قرار دادن رابطه (3) در فرمول (2) رابطه زير بدست آورد:

e/m=E/(H**2)r

 تامسون مقدار عددي اين كميت را به ميزان زير گزارش كرد:

e/m=-5.2728*10**17 esu/g

منبع:  كتاب شيمي عمومي  مورتيمر فصل دوم

 

نوشته شده توسط abolfazl.gh در 19:40 |  لینک ثابت   •