تامسون چگونه نسبت بار به جرم الکترون را بدست آورد؟

  • شروع کننده موضوع
  • #1

Classmate

کاربر نیمه‌فعال
ارسال‌ها
10
امتیاز
12
نام مرکز سمپاد
فرزانگان
شهر
نیشابور
مدال المپیاد
المپیاد پایا- ریاضی خوارزمی
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

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.



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)

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:

Y = ½ e( E/m0) ( L/ v )2

e/ m0 = ( 2y/ E ) ( v/ L )2

كه در آن v سرعت الكترون كه قبلا بدست آمده است. L و E بترتيب طول خازن و شدت ميدان الكتريكي كه هر دو معلوم است پس اگر مقدار y را اندازه بگيريم بار ويژه يا e/m0 محاسبه مي شود.

پس از خروج الكترون از خازن ديگر هيچ نيرويي بر آن وارد نمي شود بنابراين از آن لحظه به بعد حركت ذره مستقيم الخط خواهد بود و مسير آن مماس بر سهمي در نقطه خروج از خازن است . اگر a فاصله پرده از خازن يعني D P0 باشد مي توانيم بنويسيم:

P0P1 = y + DP0 tgθ

tgθعبارتست از ضريب زاويه مماس بر منحني مسير در نقطه خروج از خازن و بنابراين مقدار يست معلوم پس بايد با اندازه گرفتن فاصله اثر روي پرده( P0 P1)به مقدار y رسيد و در نتيجه مي توانيم e/ m0 را محاسبه نماييم.

مقداري كه در آزمايشات اوليه بدست آمده بود 108×7/1 كولن بر گرم بود مقداريكه امروزه مورد قبول است و دقيقتر از مقدار قبلي است برابر 108×7589/1 كولن بر گرم است.

علاوه بر تامسون، ميليكان نيز از سال 1906 تا 1913 به مدت هفت سال با روشي متفاوت به اندازه گيري بار الكترون پرداخت.
 
ارسال‌ها
1,902
امتیاز
14,086
نام مرکز سمپاد
شهید حقانی
شهر
بندرعــباس
سال فارغ التحصیلی
1392
پاسخ : تامسون چگونه نسبت بار به جرم الکترون را بدست آورد

این تحقیقو آقای موحدی (دبیرشیمیمون ) بهمون داده برای فردا
 
ارسال‌ها
3,101
امتیاز
12,226
نام مرکز سمپاد
.
شهر
.
سال فارغ التحصیلی
1392
مدال المپیاد
فیزیک
دانشگاه
شریف
رشته دانشگاه
فیزیک
پاسخ : تامسون چگونه نسبت بار به جرم الکترون را بدست آورد

شکل مشاهده نمی شود. لطفا" بررسی کنید.
 

hermit2

کاربر فوق‌فعال
ارسال‌ها
148
امتیاز
395
نام مرکز سمپاد
فرزانگان1
شهر
دزفول، اهواز
دانشگاه
علوم پزشکی تهران
رشته دانشگاه
پزشکی
پاسخ : تامسون چگونه نسبت بار به جرم الکترون را بدست آورد

مرسیییی!تکلیف این هفتمون رو دادی! *-:
 

dr.eniac

لنگر انداخته
ارسال‌ها
3,641
امتیاز
7,852
نام مرکز سمپاد
شهید بهشتی نیشابور
دانشگاه
علوم‌پزشکی مازندران
رشته دانشگاه
دندان‌پزشکی
پاسخ : تامسون چگونه نسبت بار به جرم الکترون را بدست آورد

دمت گرم آقاي مهربان دبير شيميمون اينو داده بود بريم تحقيق كنيم ، يعني همين امروز اينو داد برا تحقيق :D
 

سیما

کاربر حرفه‌ای
ارسال‌ها
312
امتیاز
2,830
نام مرکز سمپاد
فرزانگان
شهر
همدان
دانشگاه
ایشالا که شهید بهشتی :)
رشته دانشگاه
داروسازی
پاسخ : تامسون چگونه نسبت بار به جرم الکترون را بدست آورد

به نقل از Dr.Eniac :
دمت گرم آقاي مهربان دبير شيميمون اينو داده بود بريم تحقيق كنيم ، يعني همين امروز اينو داد برا تحقيق :D
آره دقیقا ما هم این موضوع تحقیقمونه :D
 
ارسال‌ها
1,902
امتیاز
14,086
نام مرکز سمپاد
شهید حقانی
شهر
بندرعــباس
سال فارغ التحصیلی
1392
پاسخ : تامسون چگونه نسبت بار به جرم الکترون را بدست آورد

به نقل از Dr.Eniac :
دمت گرم آقاي مهربان دبير شيميمون اينو داده بود بريم تحقيق كنيم ، يعني همين امروز اينو داد برا تحقيق :D
نمیدونم چرا همه معلنما دست به یکی کردن :D :D :))
 
ارسال‌ها
3,101
امتیاز
12,226
نام مرکز سمپاد
.
شهر
.
سال فارغ التحصیلی
1392
مدال المپیاد
فیزیک
دانشگاه
شریف
رشته دانشگاه
فیزیک
پاسخ : تامسون چگونه نسبت بار به جرم الکترون را بدست آورد

به نقل از mohammadreza128 :
نمیدونم چرا همه معلنما دست به یکی کردن :D :D :))

به جز معلم ما که اختیاری گذاشته.
البته اگر هم ببرم باید در موردش توضیح بدم که من ... :-"
 
ارسال‌ها
2,779
امتیاز
11,298
نام مرکز سمپاد
دبیرستان فرزانگان امین
شهر
اصفهان
مدال المپیاد
یه زمانی واسه شیمی/ نجوم میخوندم
پاسخ : تامسون چگونه نسبت بار به جرم الکترون را بدست آورد

بازم یه معلم های شما، یه فعالیت مفیدی بهتون میدن که انجام بدین، بلکه اطلاعاتتون بره بالا ، ما فقط در حدی که تو مورتیمر هست ازمون خواستن، که همونشم خود معلم توضیح داد، محاسبات و این چیزاش رو هم کلا بیخیال شد.
 

hermes

کاربر فوق‌حرفه‌ای
ارسال‌ها
908
امتیاز
2,878
نام مرکز سمپاد
دبیرستان شهیداژه ای 1
شهر
اصفهان
سال فارغ التحصیلی
92
دانشگاه
صنعتى اصفهان
رشته دانشگاه
مكانيك
پاسخ : تامسون چگونه نسبت بار به جرم الکترون را بدست آورد

ما معلممون با فلش اينا رو درست كرده داره+پي دي اف+پاورپوينت....اينجوريهي بهمون درس ميده >:D<
 

Samaneh.Z

کاربر فوق‌حرفه‌ای
ارسال‌ها
1,137
امتیاز
1,491
نام مرکز سمپاد
فرزانگان یک
شهر
کرج
مدال المپیاد
مدال نقره‌ی المپیاد نجوم‌و‌اخترفیزیک ..
دانشگاه
صنعتی شریف
رشته دانشگاه
مهندسی مکانیک
پاسخ : تامسون چگونه نسبت بار به جرم الکترون را بدست آورد

ما هم تحقیقه شیمیمون اینه! با اعضای گروه تقسیم کار کردیم ، من این رو برداشتم ! :D :D دستتون درد نکنه ! فقط نمیدونم چرا لایک نمیکنن! :D
 

YASAMIN

کاربر فوق‌حرفه‌ای
ارسال‌ها
668
امتیاز
47
نام مرکز سمپاد
فرزانگان
پاسخ : تامسون چگونه نسبت بار به جرم الکترون را بدست آورد

چه جالب موضوع تحقیق ما هم همینه دستت طلا
 
ارسال‌ها
3,101
امتیاز
12,226
نام مرکز سمپاد
.
شهر
.
سال فارغ التحصیلی
1392
مدال المپیاد
فیزیک
دانشگاه
شریف
رشته دانشگاه
فیزیک
پاسخ : تامسون چگونه نسبت بار به جرم الکترون را بدست آورد

به انجمن الکتریسیته و مغناطیس منتقل خواهد شد.
 

amir.mr

کاربر فوق‌حرفه‌ای
ارسال‌ها
650
امتیاز
1,330
نام مرکز سمپاد
طلايه داران
شهر
اهواز
مدال المپیاد
زيست،رياضي...همشونم در حد مرحله اول :D
دانشگاه
شهيد بهشتي
رشته دانشگاه
پزشكي
پاسخ : تامسون چگونه نسبت بار به جرم الکترون را بدست آورد

اینو هفته ی قبل معلممون به عنوان موضوع تحقیق به ما داد و از قضا به عنوان جواب به ما دوتا برگه داد که یکیش تقریبا مشابه پست اول توسط classmate هست،و دیگری که با زبان ساده ای توضیح داده(و به قول معلممون به درد سوم راهنمایی میخوره)بدین ترتیبه:

آزمایش تامسون برای به دست اوردن نسبت بار به جرم

اندازه گیری جرم و بار الکتریکی:
یکی از تلاشهای تامسون برای پی بردن به برخی ویژگیهای الکترون،قرار دادن دو صفحه ی الکترکی با بارهای (+) و (-) در دو طرف لوله ی کاتدی و ایجاد میدان الکتریکی در اطراف باریکه ی پرتو بود.در نتیجه ی این کار،پرتو به سمت مثبت منحرف شود.میزان این انحراف تابعی از چند عامل زیر مانند جرم الکترونها،سرعت الکترونها و مقدار بار الکتریکی روی هر الکترون همچنین شدت میدان الکتریکی است.
وی همزمان با قرار دادن صفحه های باردار در دو طرف لوله کاتدی،به کمک یک اهنربای الکتریکی، یک میدان مغناطیسی عمود بر میدان الکتریکی ایجاد کرد،اثر میدان مغناطیسی عمود بر میدان الکتریکی است و این میدان هم میتواند پرتوهای باردار را از مسیر خود منحرف کند.نیرویی که میدان مغناطیسی به پرتوی کاتدی وارد میکند درست بر خلاف جهت جهت نیروی میدان الکتریکی بوده و پرتو را به سمت مخالف منحرف میکند.
میزان انحراف در میدان مغناطیسی نیز تابع شدت میدان مغناطیسی،بار و سرعت الکترونهاست.تامسون با استفاده همزمان این دو میدان الکتریکی و مغناطیسی،شدت انها را به گونه ای تنظیم کرد که اثر یکی بر دیگری را خنثی کرد و پرتو به خط راست حرکت کرد.

پس میتوان گفت:
«اثر میدان مغناطیسی=اثر میدان الکتریکی»
با به کار بردن روابط مربوط به هر میدان یا نیرو و قرار داد مقدارهای معلوم مانند شدت میدان مغناطیسی و ولتاژ میدان الکتریکی و حذف مقادیر مساوی،نسبت «بار الکتریکی الکترون» به «جرم الکترون» توسط تامسون محاسبه شد.این مقدار 1.579 در 10 به توان 8 است که واحد ان کولن بر گرم می باشد،ولی مقدار بار الکترون یا جرم ان به تنهایی به دست نیامد،تا اینکه در نهایت در سال 1909 ، رابرت میلیکان،شیمیدان امریکایی موفق شد مقدار بار الکتریکی یک الکترون را اندازه بگیرد و سپس با استفاده از نسبت تامسون،جرم یک اتم نیز به دست امد.
 
بالا