پرسش

سلام من برای دومین باره که این سوال رو میپرسمولی هر چی گشتم پیداش نکردممن اون رو یه هفته ی پیش اون رو نوشتم ولی فک کنم جواب ندادیناین خیلی برام مهمه آخه کنفرانس دارمسوالم اینه که :روش کار تامسون و میلیکان برای پیداکردن مقدار انحراف الکترون و مقدار بار الکترونتوروخدا زود جواب بدین آخه شنبه باید تدریس کنمبازم میگم اون رو زود تر نوشتم

پاسخ

به نام خدا و با سلام


در اواخر قرن نوزدهم اشعه‌ی كاتدی كه جریانی از الكترونهاست مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد كه الكترونها دارای بار الكتریكی منفی هستند و طبیعت این الكترونها هم به جنس ماده بستگی ندارد، اما میزان بار یا جرم این ذرات همچنان ناشناخته بود تا اینكه آقای جوزف تامسون در سال 1897 موفق شد نسبت بار به جرم الكترون را از طریق بررسی انحراف اشعه‌ی كاتدی در میدانهای الكتریكی و مغناطیسی معین كند . البته لازم به ذكر است روش تامسون قادر نبود میزان بار یا جرم الكترون را هر یك به تنهایی تعیین كند. روش تامسون بر این اصل استوار است كه میدانهای مغناطیسی و جریان الكتریكی بر یكدیگر تاثیر متقابل دارند یعنی میدان مغناطیسی قادر است ذرات باردار را كه در مسیر مستقیم حركت می‌كنند از مسیر خود منحرف كند. پس وقتی كه یك الكترون با بار الكتریكی e و جرم m با سرعت v وارد یك میدان مغناطیسی می‌شود ، از مسیر مستقیم خود منحرف می‌شود و مسیرش هلال یا دایره‌ای می‌شود كه شعاع آن r می‌باشد. مقدار r از رابطه زیر بدست می‌آید:


(1) r=mv/He


كه در آن H شدت میدان مغناطیسی است.همانطور كه از رابطه بالا مشخص است هر چه شدت میدان و بار الكتریكی ذره بیشتر باشد r كوچكتر می‌شود. كوچكتر شدن r به معنای بیشتر شدن انحراف از مسیر مستقیم است. از طرف دیگر چون r با m , v رابطه مستقیم دارد پس هر چه سرعت و جرم ذره بیشتر باشد انحراف ذره كمتر می‌شود.

اگر رابطه فوق را كمی جابجا كنیم رابطه زیر بدست می‌آید:

(2) e/mv=1/Hr


آقای تامسون مقدار r را برای انحراف اشعه كاتدی در یك میدان مغناطیسی با شدت معین معلوم كرد و از آنجا توانست مقدار e/mv را بدست آورد. اما برای بدست آوردن e/m باید مقدار v را نیز معین كرد. یكی از روشهایی كه تامسون برای پیدا كردن مقدار v به كار برد مطالعه‌ی اشعه‌ی كاتدی در لامپی بود كه در امتداد آن میدانهای الكتریكی و مغناطیسی همزمان و عمود بر هم برقرار شده بود. طبق روابط فیزیك وریاضی سرعت الكترون از رابطه زیر بدست می‌آید:

V=E/H (3)

كه در آن E شدت میدان الكتریكی و H شدت میدان مغناطیسی است.با قرار دادن رابطه (3) در فرمول (2) رابطه زیر بدست آورد:


e/m=E/(H**2)r

آقای تامسون مقدار عددی این كمیت را به میزان زیر گزارش كرد:


e/m=-5.2728*10**17 esu/g


اگر به چگونگی بدست آوردن V نیاز دارید می‌توانید به كتاب شیمی عمومی نوشته آقای مورتیمر فصل دوم مراجعه فرمائید چون توضیح آن نیاز به رسم شكل دارد

general Chemistry,
Mortimer
و نیز می توانید به منبع زیر مراجعه بفرمایید:
طرح فیزیک هاروارد ، واحد 5 – مدلهای اتم
تالیف هولتون- راذرفورد-واتسون ، ترجمه ی احمد خواجه نصیر طوسی- هوشنگ شریف زاده، انتشارات فاطمی


برای شرح آزمایش میلیكان همراه با تصویرهای بسیار واضح به آدرس

http://olympiad.roshd.ir/chemistry/content/pdf/0575.pdf

و برای محاسبات آن به سایت

http://olympiad.roshd.ir/chemistry/content/pdf/0576.pdf

مراجعه بفرمایید.

اما در صورتیكه به هر دلیل نتوانستید وارد صفحات فوق شوید ، به توضیحات زیر توجه بفرمایید:

میلیكان در سال 1910 آزمایشی معروف به آزمایش قطره ی روعن ترتیب داد و به وسیله آن توانست بار الكترون را محاسبه نماید. توضیح این آزمایش نیاز به رسم شكل و تصویر دارد كه در حال حاضر در سیستم تصویر گذاری مشكل وجود دارد و من سعی می كنم بدون شكل این را آزمایش را برای شما توضیح دهم. در آزمایش میلیكان ابتدا روغن در یك میدان الكتریكی كه دو سر مثبت و منفی آن دو صفحه ی افقی نسبتا" بزرگ است، افشانده می شود. در واقع روغن بین این دو صفحه ی باردار به صورت قطراتی افشانده می شود. قطره های ریز روغن به محض قرار گرفتن در یك میدان الكتریكی، باردار می شوند. حال بار قطره آن چیزی است كه باید اندازه گرفته شود. قطره ی كوچكی از روغن با جرم m را در نظر بگیرید كه حامل بار الكتریكی q است. این قطره میان دو صفحه ی افقی قرار دارد كه فاصله ی آنها d است و اختلاف پتانسیل الكتریكی v میان آنها برقرار است. در اینصورت یك میدان الكتریكی یكنواخت E با شدت v/d میان آن دو صفحه وجود دارد. این میدان را می توان طوری تنظیم كرد كه نیروی الكتریكی qE كه قطره را به سمت بالا می برد با نیروی حاصل از گرانش mg كه قطره را به سمت پایین می برد مساوی شود و درنتیجه قطره بین دو صفحه توازن داشته و در فضای بین دو صفحه ساكن بماند. در این حالت می توان نوشت:


Fel=Fg درنتیجه qE=mg و بنابراین: q=mg/E


جرم قطره را در اصل می توان از روی شعاع قطره و چگالی روغنی كه قطره از آن تشكیل شده است، تعیین نمود. میلیكان این اندازه گیریها را با روشی غیرمستقیم انجام می داد. ولی امروزه می توان به جای قطره های روغن از گویهای پلی استیرنی كوچك استفاده نمود كه جرم مشخص دارند. به هر حال با داشتن جرم قطره، شدت میدان الكتریكی و شتاب جاذبه كه همگی مشخص هستند، به راحتی بار q قابل اندازه گیری است. نتیجه ی جالب توجهی كه میلیكان به دست آورد این بود كه بار q كه برای قطرات با اندازه های مختلف محاسبه می نمود، همگی مضربی از (1، 2،3، و... برابر) است از یك بار بسیار كوچكك وی این بار بسیار كوچك را به یك الكترون نسبت داد و بار الكترون را برابر 19- **10 *6/1 كولن بدست آورد.


با بدست آوردن مقدار بار توسط میلیكان و مشخص بودن نسبت بار به جرم توسط تامسون، با حل یك معادله ساده، به راحتی جرم الكترون نیز بدست می آید.

پیروز و سربلند باشید.