'포항공대' 물리실험 - 헬름홀츠 코일을 이용한 비전하 측정

소개

<포항공대 물리학과 물리실험 과목 레포트>
헬름홀츠 코일과 음극선을 이용하여 전자의 비전하 (e/m)를 측정하는 실험입니다.
초록-도입-이론-실험방법-결과 및 분석-결론 순서이며, 실제 실험한 데이터와 직접 그린 그림, 그래프가 포함되어 있습니다.
워드로 작성되어 있어 본문 글, 그림, 수식, 그래프의 복사 붙여넣기가 쉽습니다!

아래와 같은 학생에게 도움이 될 것입니다.
1. 해당 과목을 수강하는 물리학과 학생
2. 일반물리 실험 보고서 작성 요령이 어려운 공대 학생
3. 전자, 코일, 비전하 등 과학에 관심이 많은 고등학생

목차

I. 도입 (Introduction)

II. 이론 (Theory)
1. 전자가속
2. 로렌츠 힘에 의한 등속원운동
3. 헬름홀츠 코일

III. 실험방법 (Experiment)

IV. 결과 및 분석 (Result & Analysis)

V. 결론 (Conclusion)

본문내용

본 실험에서는 입자 탐구에서 중요하며 질량분석, 동위원소 판별에 쓰이는 물리량인 전자의 비전하를 측정한다. 헬름홀츠 코일로 만든 균일한 자기장 속에 음극선을 쏘아줌으로써 원형의 음극선을 만들고 이 때 헬름홀츠 코일에 걸어준 전압과 전류 원형 음극선의 반지름을 측정하여 비전하의 값을 추정한다. 20회의 측정에서 그 평균값은 1.92*10^11 C/kg로 이론값 1.76*10^11 C/kg보다 8.99% 크게 나왔는데 이는 음극선을 가시적으로 보기 위해 넣어준 헬륨과 전자가 충돌하여 전자가 속도를 잃게 되었기 때문이다. e/m값의 오차는 전압이 클 때 작았는데 이는 헬륨과 전자와의 충돌 시 걸어주는 전압이 크면 잃는 에너지의 크기를 무시할 수 있기 때문이라고 생각한다.

Introduction
1897년 영국의 물리학자 J. J. Thomson경은 음극선 실험으로 전자를 발견한다. 그의 전자 발견은원자는 더 이상 쪼개질 수 없다는 종전의 이론을 뒤엎는 위대한 발견이었으며 새로운 원자모델을 제시하였고 이는 곧 올바른 원자모델과 기본입자들을 찾아내는 탐구의 시발점이었다. 전자는 물질을 구성하는 기본 입자 중 가장 가벼운 입자이기 때문에 전자의 질량을 직접 측정하기는 매우 어렵다. 하지만 비전하 e/m의 값은 상대적으로 쉽게 측정할 수 있으며 전자의 전하량 e는 이미 알고 있기 때문에 비전하의 측정으로 전자의 질량을 유추 할 수 있다. 비전하는 입자의 질량과 전하량에 대한 정보를 담고 있기 때문에 미지 입자 탐구 시에 중요한 물리량이다. 또한 자기장 내에서 비전하 값에 의해 운동 궤도가 달라지기 때문에 질량분석기와 동위원소의 분리 시에 유용하게 쓰인다.

Theory
1. 전자가속
그림 1은 전자가속장치이다. 필라멘트의 가열로 음극에서는 전자가 방출되는데 이 전자는 양극과 음극 사이의 전위차 V에 의해 가속된다. 양극의 구멍으로 나간 후엔 등속운동을 하는데, 이를 간단한 에너지 보존식을 쓰면 아래 식 (1)과 같다.

참고자료

· 없음