현대물리실험레포트 비전하

소개

실험레포트

목차

1. 실험목적 및 소개
2. 실험이론
3. 실험장비
4. 실험방법
5. 실험 결과
6. 실험 분석
7. 토의 및 고찰
8. 실험 배경 및 참고자료 , 문헌

본문내용

1. 실험목적 및 소개
전자의 전하와 질량의 비를 측정하며 대전입자가 자기장 내에서 운동할 때 받는 로렌츠 힘(Lorentz Force)을 이해한다. 전자의 비전하를 측정하여 전자가 질량과 전하를 가졌고, 톰슨이 음극선실험에서 음극선이 전기장과 자기장에 의해서 휘어진다는 사실로 부터 음극선이 (-)전하를 띄고 또한 실험으로 음극선이 전자의 흐름이라는 사실을 알 수 있다.


2. 실험이론
가열된 필라멘트 음극에 의해서 방출된 전자는 양극에 가해준 전위차에 의해 가속된다. 양극에 있는 작은 구멍을 통하여 전자가 자기장이 있는 곳으로 들어가면 전자는 속도와 자기장에 수직한 방향으로 힘을 받아 원운동을 한다. 이 실험기구의 관 내부에는 저압의 헬륨가스가 들어 있어서 전자가 수은과 충돌하여 헬륨가스를 여기(또는 들뜸, Excitation) 시킨다. 여기된 헬륨가스에서 나오는 형광에 의하여 전자의 궤도와 위치를 결정할 수 있다.

전하량이 e인 전자가 전위차 V인 곳에서 가속될 때 얻는 운동 에너지는 E = mv2/2 = eV 이므로 전자의 질량을 m이라고 할 때 전자의 속도는 다음과 같이 주어진다.
v = √2E/m = √2eV/m (1)
자기장 B속에서 속도 v로 운동하는 전자가 받는 로렌츠 힘 F는
F = -ev × B (2)
이다. 이 힘은 속도에 수직한 방향으로 작용하므로 구심력이 되어 전자를 원운동하게 한다. 원운동의 반경을 r이라고 하면 전자에 작용하는 힘은 다음과 같이 주어진다.
F = mv2/r = evB (3)
이다. 식 (1)과 (3)으로부터
e/m = 2V/B2r2 (4)
이 된다. 균일한 자기장은 헬륨홀쯔(Helmholtz) 코일에 의하여 생긴다. 코일의 반경이 R이고, 코일로부터 x만큼 떨어진 점에서의 자기장의 크기는 다음과 같다.
B = μ0NIR2/(R2 + x2)3/2 (5)

위 식에서 μ0는 진공 상태의 투자율(4π × 10-7 H/M), N은 코일의 감은 총 횟수, I는 코일에 흐르는 전류이다. 여기서 x는 0으로 한다.

참고자료

· 물리학총론 D.Halliday 외 저, 김종오 역, 교학사 30장-6절(776~777쪽) , 30장 8절(781~783) 30장-6절 : 전자가 균일한 자기장 속에서 원운동 하는 것을 설명
· 30장-8절 : 전자의 비전하를 구하는 다른 방법을 설명
· ‘Foundations of Electromagnetic Theory` Reitz저, 탑 출판사 8장 4절