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[전자기학] em - 자기장 속에서 전자를 원운동을 시켜 자연계의 중요한 상수 값의 하나인 전자의 전하량과 질량의 비를 측정
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[실험 목적]
균일한 자기장 속에서 전자를 원운동을 시켜 자연계의 중요한 상수 값의 하나인 전자의 전하량과 질량의 비를 측정한다.
[실험 이론]
1897년 톰슨(J. J. Thomson)이 영국 캠브리지의 캐번디시 실험실에서 실시한 실험으로, 운동하는 전자에 전기장과 자기장을 걸어주어 그 안에서 전자가 편향되는 것으로부터 전자의 전하량과 질량의 비(비전하)를 측정한 실험이다. 톰슨은 음극선(전자)을 가지고 아래 그림과 같은 실험 장치로 실험을 하여 전자의 전하량과 질량의 비, 즉 비전하(e/m)를 측정하는 데 성공하였다. 음극에서 나온 전자는 양극을 향해 가속되며, 전자의 진로에 대해 수직으로 걸어준 전기장과 자기장에 의해 그 진로가 휘어진다. 이때 걸어준 전기장과 자기장의 크기를 잘 조절하여 전기력과 자기력을 같게 하면 전자를 직선으로 운동하게 할 수 있다. 또한 자기장만 걸어주면 자기력이 구심력 역할을 하여 전자는 원운동하게 된다. 이 두 가지 사실로부터 전자의 속력과 원운동의 반지름을 구하면 전자의 비전하를 구할 수 있고, 그 값은 약 이다.
e=전자전하
v=전자속도
B=자기력선속밀도
힘이 입자 전자의 속도와 자기장에 의해 생겨난다. 자기장의 강도에 의해 결정된다. 자력과 전자속도의 방향은 수직이다. 따라서 등속 원운동을 한다. 구심 힘은 이다.
그림 1에서 보는 것처럼 필라멘트의 가열로 음극(K로 표기)에서 발생된 열전자가 양극(P로 표기)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. (1식)
[ 자기력에 의한 등속 원운동 ]
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2013.09.03
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