02 KWANTY A ELEKTRONY.pdf

K.Czopek, M.Zazulak – Notatki w internecie. Wstęp do fizyki atomowej i kwantowej.

II.

KWANTY A ELEKTRONY

II.1. PROMIENIE KATODOWE

Promienie katodowe są przyczyną fluorescencji. Odegrały one bardzo ważną rolę w

odkryciu elektronów.

Skład promieniowania katodowego stanowią cząstki elektrycznie naładowane. Dzięki

elektroskopowi można było stwierdzić, że cząstki te są ujemne.

Plücker w swoim doświadczeniu badał wyładowania elektryczne w rozrzedzonych gazach

poddanych działaniu silnego pola elektrycznego.

S – powłoka fluorescencyjna

Z – Zawór

K – Katoda

A – Anoda

D – Diafragma (kolimator)

G – Galwanometr

HV – Wysokie napięcie

Rys.II.1. Rurka Plückera – bańka szklana wypełniona gazem.

Kolimator (przeszkoda) może przyjmować różne kształty – promieniowanie rozchodzi się

po liniach prostych.

Rys.II.2. Przykładowe kształty diafragmy

– 1 –

K.Czopek, M.Zazulak – Notatki w internecie. Wstęp do fizyki atomowej i kwantowej.

Doświadczenie Plückera ukazuje, że barwa świecących gazów jest charakterystyczna dla

danego gazu. I tak:

• wodór – fioletowy

• neon – czerwony

• hel – bladoniebieski

• wodór + rtęć – fioletowy

Rys.II.3. Fotografia ilustrująca doświadczenie Plückera – świecący wodór

Rys.II.4. Rurka Plückera z świecącym neonem.

Jeżeli p 10 −2 Tr to znika kolorowe jarzenie, ale galwanometr dalej wskazuje na

przepływ prądu, pojawia się zjawisko fluorescencji.

– 2 –

K.Czopek, M.Zazulak – Notatki w internecie. Wstęp do fizyki atomowej i kwantowej.

J.Thomson (1856 – 1940) – stosując zmodyfikowaną rurkę Plückera wyznaczył

–

stosunek ładunku do masy.

Rys.II.5. Zmodyfikowana rurka Plückera zaproponowana przez Thomsona.

E – pole elektryczne

B – wektor indukcji magnetycznej

d – odległość między okładkami kondensatora

δ – kąt pomiędzy promieniem biegnącym gdy pole elektryczne jest równe 0, a promieniem

przechodzącym przez niezerowe pole elektryczne.

L – długość kondensatora

F E = qE = q V

(II.1.1)

gdzie:

F E – siła elektryczna

q – ładunek elektryczny

V – potencjał

Siła F E powoduje odchylenie cząstki, która trafia do O 1 (cząstka porusza się ruchem

jednostajnie przyspieszonym)

2 at 2

(II.1.2)

gdzie:

– 3 –

= 1

K.Czopek, M.Zazulak – Notatki w internecie. Wstęp do fizyki atomowej i kwantowej.

a – przyspieszenie cząstki

t – czas

a = F E

(II.1.3)

gdzie:

m – masa cząstki

t = l

(II.1.4)

gdzie:

t – czas działania siły F E ,

l – długość kondensatora

v – prędkość

= 1

d  v 

(II.1.5)

〈 OO 1 〉= W

gdzie:

W – geometryczne wzmocnienie odchylenia

Odchylenie po wyjściu z kondensatora:

〈 OO 1 〉= W =

 m  d

L l

v 2 (II.1.6)

Thomson umieścił rurkę w polu magnetycznym i dobrał tak wartość tego pola, żeby

plamka nie była odchylona.

 F B = q  v ×  B

(II.1.7)

Warunkiem tego jest, żeby: ∣  F E ∣=∣  F B ∣ , stąd:

d = qvB

(II.1.8)

– 4 –

K.Czopek, M.Zazulak – Notatki w internecie. Wstęp do fizyki atomowej i kwantowej.

v = V

(II.1.9)

m =2 ⋅10 11 C

– taki wynik uzyskał Thomson w swoim doświadczeniu.

Założenie Thomsona: m – bardzo małe.

Współczesna wartość stosunku e/m wynosi:

m =1,8 ⋅10 11 C

Jon H + Cu 2+ Ag +

Tabela II.1. Stosunek q/m dla różnych jonów.

 m  K ≫  m  H +

K – promienie katodowe

W celu identyfikacji promieniowania katodowego należy wyznaczyć m i q.

Łatwiej było wyznaczyć ładunek promieni katodowych:

Doświadczenie Millikana (1908) – jeżeli rozpylimy ciecz,cząsteczki cieczy mają

ładunek elektryczny.

E = V

Rys.II.6. Ilustracja do doświadczenia Millikan'a

– 5 –

m [ kg ] 9,6⋅10 7 3 ⋅10 6 9 ⋅10 5

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: