Az elektron fajlagos töltésének mehatározása

A bejelentkező képernyő jobb felében egy katódsugárcsövet láthatsz, benne elektronsugárral. Figyeld meg az elektronsugár viselkedését! (Segítségedre lehet a válaszoknál a kísérleti összeállítás síkmetszete.) a) Mi történik az elektronokkal a csőben (a becsapódás előtt)? b) Milyen irányban lép be a mágneses és az elektromos mezőbe az elektronnyaláb? c) Mi történik, ha kikapcsolod a mágneses és az elektromos teret is? (A megfelelő csúszka segítségével U és B értékét nullára állítod.) d) Növeld a feszültséget és figyeld meg, mi történik! Magyarázd meg a látottakat! Mit jelöl a síkmetszeten F_E? e) Kapcsold ki az elektromos teret és növeld a mágneses tér erősségét! Mi történik? Magyarázd meg a látottakat! Mit jelöl a síkmetszeten F_L? f) Adott nagyságú mágneses tér esetén kapcsold be az elektromos teret, és növeld a feszültséget! Mit tapasztalsz? g) A nyalábot visszatérítve eredeti helyzetébe, mit mondhatunk az elektronra ható erők nagyságáról?

J. J. Thomson 1897-ben ezen kísérleti összeállítás segítségével mérte meg az elektron fajlagos töltését. Mit nevezünk fajlagos töltésnek?

Thomson megmérte egy adott sebességű elektronnyaláb eltérülését a sebességre merőleges elektromos térben, majd a sebességre és az elektromos térre merőleges mágneses térrel visszaállította a nyalábot eredeti helyzetébe, így tudta meghatározni az elektron fajlagos töltését. Add meg az elektron sebességét! a) Írd fel az elektron sebességét a rá ható erők összefüggései alapján! b) Hogyan tudod kiszámítani az elektron sebességét, ha ismered a feszültséget (U) és a kondenzátorlemezek távolságát (d)?

Vizsgáld meg az elektron mozgását az elektromos térben! Add meg az összefüggéseket! (Segítségedre lehet a válaszoknál a kísérleti összeállítás xy síkmetszete.) a) Milyen mozgást végez az elektron a kondenzátor elektromos terében? b) Mekkora az elektron gyorsulása? c) Mennyi ideig mozog az elektron a lemezek között, ha ismerjük a kondenzátorlemezek l₁ hosszát? d) Add meg az elektron y irányú elmozdulását, amikor kilép az elektromos térből! e) Írd fel az elektron y irányú sebességét, amikor kilép az elektromos térből!

Írd fel az elektron fajlagos töltését! a) A kondenzátor elektromos teréből kilépve mennyi idő kell az elektronnak az ernyőn való becsapódáshoz, ismerve a kondenzátor és az ernyő l₂ távolságát? b) Írd fel az elektron y irányú eltérülését az ernyőn! c) A kapott képletből fejezd ki az elektron fajlagos töltését! d) Hogyan tudod kiszámítani az elektron fajlagos töltését, ismerve a kondenzátorlemezek d távolságát?

Végezz méréseket és számításokat a Felhasználói leírásban ismertetett módon!

Sir Joseph J. Thomson manchesteri fizikust az elektron atyjának is nevezik. 1894-től az angol fizika fellegvárának számító Cavendish Laboratórium vezetője volt, amelynek irányítását 1919-ben tanítványának, E. Rutherfordnak adott át. Sok neves tanítványa volt, köztük hét Nobel-díjas is (a hetedik saját fia volt). 1915-től 1920-ig a Brit Tudományos Akadémia elnökeként is dolgozott. 1894-ben kimutatta, hogy a katódsugárzás sebessége ezred része a fénysebességnek. Ezzel megmutatta, hogy a katódsugárzás nem elektromágneses hullám, hiszen az elektromágneses hullámok terjedési sebessége a fénysebesség. 1897-ben azt tapasztalta, hogy a katódsugárzás elektromos mezőben is eltéríthető, megmutatva ezzel, hogy a katódsugárzás elektromosan töltött részecskék áramlása. Ekkoriban elkezdett mérései vezettek el az elektron felfedezéséhez, majd tömegspektrográfiai munkája során kimutatta az izotópok létezését. Thomson (és Lénárd) már 1899-ben kimutatta, hogy az elektromosság „hordozóira” ugyanaz a fajlagos töltésérték adódik, akár elektrolízissel, akár fotoelektromos hatással hozzák azt létre. A töltéssel rendelkező anyagnak tehát egy univerzális, új formáját találta meg, az elektront. Az elektron elnevezést nem használta, nem is szerette. 1899-ben meghatározta az elektron töltését is, de elég nagy hibával. Az elektron felfedezésével szükségessé vált az atom belső szerkezetére vonatkozó egyszerűsített elképzeléseket megalkotni. Az első atommodellt, az atom „mazsolás puding” modelljét, 1904-ben Thomson alkotta meg. Munkásságáért 1906-ban fizikai Nobel-díjat kapott.