물리실험 - em 측정
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◎배경이론
○e/m 비전하 측정
균일한 자기장 속에서 전자를 원운동을 시켜 자연계의 중요한 상수 값의 하나인 전자의 전하량과 질량의 비를 측정한다.
1899년 영국의 물리학자 톰슨(Thomson)경이 라더퍼드(Rutherford)와 공동으로 그때까지 실체를 규명하지 못하고 있던 음극선의 비전하를 측정하여 전자의 존재를 예상하였고, 이미 알려져 있던 광전효과와 에디슨 효과(열전자현상)등을 바탕으로 하여 전자의 존재를 결정적으로 증명하였다. 이로서 물질을 구성하고 있는 기본적인 입자에 대한 탐구가 시작되었다. 곧이어 원자가 전자와 핵으로 구성되어 있다는 것이 알려지고, 그 핵도 양성자, 중성자 등으로 구성되어 있다는 것을 알게 되었다. 현재에 이르러 양성자, 중성자 등도 그것을 만들어 주는 더 기본적인 구성물질이 있는 것으로 드러나 궁극을 향한 탐험이 쉽게 끝이 날 것 같지 않다. 그러나 가장 먼저 발견되었던 전자는 다른 무엇으로도 구성되어 있지 않은 기본입자로 판단되고 있다.
질량을 가진 입자 중 전자가 제일 가볍다. 실제로 전자의 질량을 직접적으로 측정하는 것은 불가능 하기 때문에 전하와 연관시켜 비전하를 측정하게 되는 것이다. 비전하는 지금 현재 알려진 값으로 1.758802 10^11C/kg이며 기본 상수의 하나로 취급된다. 전자가 가지고 있는 전하량은 밀리컨 기름방울실험 같이 기본전하량을 측정하여 간접적으로 구하기도 하고, 전기장 또는 자기장에서 전자살의 진동을 이용하기도 한다.
비전하를 측정하는 일은 그러한 역사적인 의미가 있기도 하지만, 지금도 그것은 미지의 입자에 대한 질량이나 전하량에 대한 정보를 알려주기 때문에 대단히 중요하다. 원자 등의 질량을 구하는 질량분석기가 있고, 또한 같은 원리를 동위원소를 분리하는데도 이용한다.
필라멘트의 가열로 음극(cathod : K로 표기)에서 발생된 열전자가 양극(plate:P)에 걸려있는 V volt의 전압에 의해 가속되고, 구멍을 빠져 나가는 순간부터는 등속 운동을 하게 된다. 이때의 전자 속력 v는 다음과 같이 구할 수 있다.
전자가 직류전원 V에 의해 얻는 에너지는 eV 이고 이것이 전자의 운동에너지 와 같으므로
이다.
< 자기력에 의한 등속 원운동 >
- 참고문헌
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◎참고문헌
http://physica.gsnu.ac.kr/physedu/modexp/EDiffract/main.htm
현대물리학 이일수 저
현대물리 최상돈 강남룡 이연주 공저
물리학 총론
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