Az elektronnyaláb eltérítése merőleges elektrosztatikus- és mágneses tér segítségével
Vizsgáld meg a katódsugárcső elektronsugarának viselkedését a mágneses és/vagy elektromos térben, és értelmezd a tapasztaltakat!
1. feladat
Figyeld meg! a) A bejelentkező képernyő bal alsó negyedében egy katódsugárcsövet láthatsz, benne elektronsugárral. Mi történik az elektronokkal a csőben (a becsapódás előtt)? b) Milyen irányban lép be a mágneses és az elektromos mezőbe az elektronnyaláb?
2. feladat
A következő kérdéseknél segítségedre lehet a válaszadásnál, ha megfigyeled a képernyő bal felső negyedében a kísérleti összeállítás xy és a képernyő jobb oldalán található yz síkmetszetét is! (Válaszd a megfelelő jelölőnégyzeteket is hozzá!)
a) Mi történik, ha kikapcsolod a mágneses és az elektromos teret is? (U és B értékét nullára állítod.)
b) Növeld a feszültséget és figyeld meg, mi történik! Magyarázd meg a látottakat! Mit jelöl FE?
c) Kapcsold ki az elektromos teret és növeld a mágneses tér erősségét! Mi történik? Magyarázd meg a látottakat! Mit jelöl FL? d) Adott nagyságú mágneses tér esetén kapcsold be az elektromos teret, azaz növeld a feszültséget! Mit tapasztalsz? e) A nyalábot visszatérítve eredeti helyzetébe, mit mondhatunk az elektronra ható erők nagyságáról?
3. feladat
Írd fel az összefüggéseket! a) J. J. Thomson 1897-ben ezen kísérleti összeállítás segítségével mérte meg az elektron fajlagos töltését. Mit nevezünk fajlagos töltésnek? b) Thomson megmérte egy adott sebességű elektronnyaláb eltérülését a sebességre merőleges elektromos térben, ez alapján tudta meghatározni a fajlagos töltését. A számításokhoz szüksége volt az elektron sebességére. Ennek megadásához a sebességre és az elektromos térre merőleges mágneses térrel visszaállította a nyalábot eredeti helyzetébe. Milyen összefüggés írható fel ekkor az elektron sebességére?
Kapcsolódó érdekességek
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.