톰슨의 실험과 밀리컨 유적실험

소개글

톰슨의 밀리컨 기름방울

목차

1. 톰슨의 음극선 실험
1-1) 인물 소개
1-2) 톰슨의 음극선 실험
1-3) 결론

2. 밀리컨의 유적실험
1. 인물 소개
2. 밀리컨의 유적실험
3. 실험기구
4. 실험 방법

본문내용

1. 톰슨의 음극선 실험

1-1) 인물 소개
조지프 존 톰슨(1958~1940)은 1908년 노벨 물리학상을 수상한 영국의 물리학자이다. 1884년 케임브리지 대학 캐번디시 연구소 3대 소장으로 취임하였고, 음극선관을 개량하여 음극선에 대한 연구를 행하여, 전자의 전하와 질량비 측정(1987), 전자의 전하 측정(1899)하는 등의 작업으로 전자의 존재를 증명했다. 1904년에는 원자핵을 갖지 않는 원자 모델을 제안했다. 아들 조지 패짓 톰슨도 1937년에 노벨 물리학상을 수상했다. 질량분석기의 발명자이기도 하다.

1-2) 톰슨의 음극선 실험

전자가 최소의 전하를 가진 하전체(전기적 성질을 띄는 물체)임을 입증하는 공로는 톰슨에게 있다고 일반적으로 알려져 있다. 그의 광범위한 음극선 실험은 자기장과 전기장 내에서 음극선의 편의(수치, 위치, 방향 따위가 일정한 기준에서 벗어난 정도나 크기)를 정량적으로 관측하는 데에서 절정을 이루었다. 톰슨의 연구는 전자의 비전하(e/m, 전하와 질량의 비)를 측정할 수 있는 방법을 이끌어 주었다. 이 연구를 통해 밀리칸은 전자의 전하값을 측정할 수 있었다.
e/m(전하와 질량의 비)의 값은 1.75860coul/kg이고 이 값을 통하여 전자의 질량을 구할 수 있었다.
자기장의 정의에 따라 자기장 B에 수직으로 속도 v로 움직이고 있는 전하 e에 작용하는 힘 F는 아래와 같이 주어진다.
(로렌츠의 힘)-------(1)

이 힘()의 방향은 항상 속도 벡터()에 수직방향이므로 즉, 전자에 대해 구심력처럼 작용한다. 따라서 전자를 원형 궤도로 돌게 한다. 우리가 흔히 전자가 핵 주위를 돌고 있다고 아는 것이 이러한 이유이다. 전자의 반작용인 원심력(구심력의 반대 방향)은 자기장에 의해 전자에 작용한 힘()과 그 크기가 같다. 그리하여 다음과 같은 관계가 성립한다.
------(2)
(r=전자의 원 궤도의 반경, m=전자의 질량)

위의 식에서 B는 헬름홀쯔 코일에 의하여 생긴다. 코일의 반경이 R이고, 코일로부터 x만큼 떨어진 점에서의 자기장의 크기는 다음과 같다.
-------(3)
위의 식에서 는 진공 상태의 투자율, N은 코일의 감은 총 횟수, I는 코일에 흐르는 전류이다.

또한 전위차 V(전압)에서 전자가 얻은 운동에너지는
-------(4)


으로 표현이 가능하다. 여기에서 임을 알 수 있다. 즉, 전압과 전하값의 곱은 그 전자가 가지는 운동에너지와 같다.

참고 자료

물리학 실험- 김정홍,이기방 (1982, 홍문당)
현대 물리학 그 새로운 이해, 학술 정보
고려대학교 이과대학 밀리학과 교양물리실 실험보고서- 2007.11.5
현대물리학- 김충선 (희중당, 1996)
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위키백과사전

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