Wyznaczanie ładunku właściwego e/m elektronu

Pobierz instrukcję

Zagadnienia do opracowania.

1. Ładunek punktowy w polach elektrycznym i magnetycznym:
   1. wielkości charakteryzujące pola elektryczne i magnetyczne;
   2. ruch cząstek naładowanych w polach elektrycznym i magnetycznym:
      • siła elektrostatyczna,
      • energia potencjalna ładunku w polu elektrostatycznym,
      • siła Lorentza;
   3. pole magnetyczne przewodników z prądem :
      • obwodu kołowego,
      • solenoidu,
      • cewek Helmholtza;
   4. prawo Biota-Savarta-Laplace’a.
2. Metody wyznaczania ładunku właściwego e/m elektronu:
   1. ogniskowanie wiązki elektronów w podłużnym polu magnetycznym;
   2. metoda pól poprzecznych (Thomsona).
3. Budowa i zasada działania działa elektronowego.
4. Układ doświadczalny do wyznaczania ładunku właściwego e/m elektronu metodą Thomsona.
5. Atom argonu:
   1. konfiguracja elektronowa i poziomy energetyczne;
   2. energia wzbudzenia, energia jonizacji;
   3. przejścia elektronowe w argonie.
6. Zderzenia sprężyste i niesprężyste elektronów z atomami gazów.

Zestaw przyrządów.

1. Zasilacz prądowy cewek Helmholtza.
2. Miernik uniwersalny (amperomierz).
3. Układ cewek Helmholtza.
4. Lampa z działem elektronowym.
5. Regulowany zasilacz napięciowy: 6,3 VAC; 0 – 50 VDC; 0 – 600 VDC.
6. Miernik uniwersalny (woltomierz).

Działo elektronowe spełnia niemieckie przepisy bezpieczeństwa z dnia 8 stycznia 1987 roku (§5(2) – RöV) dotyczące dozwolonych dawek promieniowania rentgenowskiego w działach elektronowych.

Literatura.

1. D. Halliday, R. Resnick, J. Walker – „Podstawy fizyki”,T. 3, PWN, Warszawa 2005.
2. R. P. Feynman – „Feynmana wykłady z fizyki”, T.2.1., PWN, Warszawa 2004.
3. H. A. Enge, M. R. Wehr, J. A. Richards – „Wstęp do fizyki atomowej”, PWN, Warszawa 1983.
4. Z.Leś – „Wstęp do spektroskopii atomowej ”, PWN, Warszawa Kraków, 1972.
5. J. Ginter – „Wstęp do fizyki atomu, cząsteczki i ciała stałego”, PWN, Warszawa 1996.
6. F. Kaczmarek – „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki dla zaawansowanych”, PWN, Warszawa 1986.
7. T. Wicka – „Wyznaczanie ładunku właściwego e/m elektronu”, praca magisterska UG, 2009.
8. PHYWE Systeme GmbH&Co – ”Physics Laboratory Experiments”, manuals : 06959.00, 06960.00, set P2510200.
9. J. Sobelman – “Atomic Spectra and Radiative Transition”, Springer, 1979.
10. S. Bashkin, J.D. Stoner – “Atomic Energy – Level and Grotrian Diagrams”, Vol. II, North-Holland Publishing Company 1978.
11. F. J. Bueche – “Principles of Physics”, Springer , New York 2002.
12. B.H. Brandsen – “Physics of Atoms and Molecules”, Longman Scientific&Technical, Harlow 1994.
13. W. Demtröder – “Atoms, Molecules and Photons”, Springer Verlag, Berlin 2006.
14. E.W. Mc Daniel – “Atomic Collisions– Electron&Photon Projectiles”, John Wiley&Sons, New York 1989.
15. F.W. Sears, H.D. Young, M.W. Zemansky – “University Physics”, Pearson Addison–Wesley, San Francisco 2004.
16. R.P. Feynman, R. Leighton, M. Sands – “The Feynman Lectures on Physics”, Wesley 2005.

Determining the charge to mass ratio e/m of an electron

Download instruction

Background theory

1. Point charges in electric and magnetic fields:
   1. characteristics of electric and magnetic fields;
   2. motion of a charged particle in an electric and magnetic field:
      • electrostatic force,
      • potential energy of a charged particle in an electrostatic field,
      • Lorentz force;
   3. magnetic fields induced by an electric current:
      • circular circuit,
      • solenoid,
      • Helmholtz coils;
   4. Biot-Savart-Laplace law.
2. Methods for determining the charge to mass ratio of the electron:
   1. focusing the electron beam in a longitudinal magnetic field;
   2. the method of transverse fields (Thomson).
3. Construction and operation of an electron gun.
4. Experimental setup to determine the charge to mass ratio e/m by Thomson’s method.
5. Argon atom:
   1. electron configuration and energy levels;
   2. excitation and ionisation energy;
   3. electronic transitions in argon.
6. Elastic and inelastic collision of electrons with gas atoms.

Apparatus

1. Helmholtz coil power supply.
2. Universal multimeter (ammeter).
3. A pair of Helmholtz coils.
4. Lamp with electron gun.
5. Regulated voltage power supply: 6,3 VAC; 0 – 50 VDC; 0 – 600 VDC.
6. Universal multimeter (voltmeter).

The electron gun meets the German safety regulations of 8 January 1987 (§5(2) – RöV) on the allowed X-ray dose in an electron beam.

Literature

1. PHYWE Systeme GmbH & Co – “Physics Laboratory Experiments”, manuals : 06959.00,   06960.00, set P2510200.
2. J. Sobelman – “Atomic Spectra and Radiative Transition”, Springer, 1979.
3. S. Bashkin, J.D. Stoner – “Atomic Energy – Level and Grotrian Diagrams”, Vol. II, North-Holland Publishing Company 1978.
4. F. J. Bueche – “Principles of Physics”, Springer, New York 2002.
5. B.H. Brandsen – “Physics of Atoms and Molecules”, Longman Scientific & Technical,Harlow 1994.
6. W. Demtröder – “Atoms, Molecules and Photons”, Springer Verlag, Berlin 2006.
7. E.W. Mc Daniel – “Atomic Collisions – Electron & Photon Projectiles”, John Wiley & Sons, New York 1989.
8. F.W. Sears, H.D. Young, M.W. Zemansky – “University Physics”, Pearson Addison – Wesley, San Francisco 2004.
9. R.P. Feynman, R. Leighton, M. Sands – “The Feynman Lectures on Physics”, Wesley 2005.