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(1)

전자살의 편향(Deflection)

1. 목적

전자살에 자기장을 가하여 휘도록 함으로써 전자의 비전하(specific charge) (단위질량당 전하량)을 측정한다.

2. 배경

질량이 m이고 전하량이

e

인 전자가 크기

(는 공기의 permittivity)인 자기장에 수직방향으 로 속력 로 움직이면 구심력

v를 받아 원형궤도를 따라 일정한 속력으로 움직인다. 이 원 궤도의 반지름을 이라 하면 원심력의 크기는 이므로 아래의 식이 성립된다.

v  



(1)

텅스텐음극에서 방출된 후 양극전압

V

A에 의하여 가속된 전자의 속도

v

 

 

(2)

이므로 위의 두 식으로부터 비전하

e/m

을 아래와 같이 얻을 수 있다.



  

(3)

위 식에서

는 전압계로써 직접 측정되고 과

는 실험 데이터로부터 아래와 같이 얻어진다.

3. 실험기구

전자살 편향관(그림 2 참조) 전자살 편향관용 스탠드 한 쌍의 헬름홀쯔코일

High-tension power supply(이는 양극전압 용으로 1에서 5

KV

d.c., 2

mA

용량을 가지

고 연속적으로 조정이 가능하다.) 가열전압전원(6

V

, 30

W

변압기) 6

KV

측정용 정전전압계

3

A

d.c. 전류계

Two way plug adapter

(2)

Fig. 2 실험 장치

4. 실험방법

A. r 의 결정

(Fig. 2 참조)

형광스크린위에 그림과 같이 보이는 전자살의 곡률반경 은 그림에서 보여주는 바와 같이       (4) 따라서

  

 

(5)

 대  의 그래프을 그려 비례상수 을 결정할 수 있다.

B. H의 결정

한 쌍의 헬름홀쯔코일 가운데의 일정한 크기의 자기장은 비오-사발(Bio-Savart)법칙에 의하여 다음과 같이 주어진다.

 

 

 



 

(3)

(6)

: 코일당 도선을 감은 회수(=320)

: 코일의 반지름(=6.8 cm)

: 코일들의 중간 평균거리(=3.4 cm)

: 코일의 전류(

)

이 실험의 경우

   × 

 

× 

5. 실험결과의 예

- 양극전압 :

 

- 코일전류 :

 

여기서

  ×   ×

이므로,

  ×  × 

    × 

 

-

  



  에서 을 구하기 위하여 다음 표를 만들고 그림을 그린다.

  4 5 6 7 8

  0.4 0.7 1.0 1.4 1.8

   16.2 25.5 37.0 51.0 67.2

(4)

  ×  

  



  

  ×   ×  ×  × 

 × 

    × 

 

(실험에서는 양극전압을 2500V로 고정)

6. Data 분석

I(전류)A   

e/m

0.3 0.4 0.5

7. 결 론

(5)

8. 질문사항:

(1) 이 실험에서 가장 큰 측정오차를 제공하는 부분은 무엇인가?

(2) 이 실험에 대한 지구자기장의 영향의 크기를 계산하여 본다.

(3) 이 실험에서 쓰이는 것과 같은 형태의 코일에 흐르는 전류가 I로 주어진 경우 코일 내부의 자기장의 세기를 나타내는 공식은 어떻게 유도되는가?(일반물리학, 전자기학 교과서 참조) (4) 이 실험에서 사용되는 음극선관의 작동원리는 무엇인가?

(5) 만일 우리가 비전하를 측정하고자 하는 입자가 전자가 아닌 양성자인 경우 이 실험에서 쓰이 는 장치들의 성능이 어떻게 바뀌어야 하는지 각 장치에 대한 이유를 들어 설명해 본다.

(6)

• 텅스텐 음극에서 방출된 후 양극 전압

에 의해 가속된 전자의 속력  는

 

 ,  

 



  

tan

  × 



tan  

 



 

 

(와 가 만드는 각

 )

:  축 방향 속도

:  축 방향 속도  

• 크기 

인 자기장에 수직방향으로 속력 로 움직이면 원형궤도를 따라 일정한 속력으로 움직인다.

  

 구심력 = 원심력

• 위 두 식으로부터 비전하를 얻을 수 있다.

  





 

 (정리)



 

(제곱)



 

( 대 입)

∴ 

 

(

: 전압계로 측정, ,

: 실험값으로 계산)

•  의 결정

      

  

 

참조

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