Az elektron. 0 nyomás vékony fényszál jelenik meg (nyomáscsökkenésre kistélesedik) nyomás

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "Az elektron. 0 nyomás vékony fényszál jelenik meg (nyomáscsökkenésre kistélesedik) nyomás"

Viktor Kelemen
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 ı Elektromos áram gázokbang Az elektron Az elektromosság kvantált szerkezetének felismerésében igen fontos szerepet játszott az elektromos áram gázokban való átaladásának vizsgálata. A gázok közönséges körülmények között jó szigetelık. (semleges atomokból állnak, nincsenek benne töltésordozók.) Összeállította: CSISZÁR IMRE SZTE, Ságvári E. Gyakorló Gimnázium SZEGED, 006. október A gáztérbe beviszünk töltésordozókat Vezetés leetséges: A gáztérben keltünk töltésordozókat Gázkisülés: Az elektromos áram gázon történı átaladása Elektromos áram gázokbang Nem önálló vezetés: A gázban külsı atás eredményeképpen keletkeznek töltésordozók. Önálló vezetés: Pl.: röntgen sugárzás radioaktív sugárzás magas ımérséklet ionizáció termikus ionizáció A gázban létesített elektromos tér következtében keletkeznek töltésordozók. kozmikus sugárzás ionizáció nem önálló vezetés, a jelenlév ionok a feszültség következtében felgyorsulva olyan nagy energiára tesznek szert, ogy ütközési ionizációra képesek. Önálló vezetés s ritkított tott gázokbang p 0 nyomás 1000V nincs gázkisülés p 0 nyomás vékony fényszál jelenik meg 10 (nyomáscsökkenésre kistélesedik) p nyomás Ködfénykisülés (Alacsony nyomású (100Pa) gázzal töltött csövekben létrejövı önálló vezetés.) 1

2 Önálló vezetés s ritkított tott gázokbang Önálló vezetés s ritkított tott gázokbang 1Pa és alatta sötét katódtér tölti ki a csı csaknem teljes osszát A csı katóddal szemközti része zöldes színben világít. Katódsugárzás (Nagyon alacsony nyomású (<1Pa) gázzal töltött csövekben, néány ezer voltos feszültség atására észleletı áram.) Önálló vezetés s ritkított tott gázokbang Az elektron felfedezése (1897) Megmutatta, ogy a katód illetve a csıben lévı gáz anyagától függetlenül, mindig azonos részecskék lépnek ki. A katódsugárzás vizsgálatánsak eredményei: a negatív töltéső katódból merılegesen lép ki egyenes vonalban terjed elektromos és mágneses térrel eltérítetık negatív töltéső energiát ordoz (felmelegít egy fémlapot) impulzusa van (lapátkereket forgat) Josep Jon Tomson ( ) Megmérte a katódsugarat alkotó részecskék fajlagos töltését az alábbiak szerint.

3 Az elektron felfedezése (1897) Homogén mágneses térbe belépı töltött részecske pl. elektron körpályán mozog. Az elektron felfedezése (1897) Tomson elektromos és mágneses térbe vezette a katódsugarakat az alábbi készülék segítségével: ΣF F L v m e v B r e v m B r B x x x x x x x x F x x x x x x v x e x x x x x A fajlagos töltésez a beérkezı részecske sebessége szükséges. Az elektron felfedezése (1897) Az elektron felfedezése (1897) Így a sebességet visszaelyettesítetjük abba a képletbe, amit a mégneses térrel történı eltérítés esetében kaptunk: E e v B E m B r B r B r Úgy állította be az elektromos és a mágneses tér erısségét, ogy a katódsugarak a két tér együttes atása alatt ne térüljenek el. Ekkor: F el F mágn ee evb E v B Teát a részecskék sebessége megatározató. E a kondenzátorra kapcsolt feszültség segítségével megatározató, iszen: U E d B a tekercsre kapcsolt áramerısségébıl megatározató, iszen: B r szintén méretı µ I l A 0

4 Az elektron felfedezése (1897) A kapott eredmény kb. kétezerszerese a H-ion fajlagos töltésének, (melyet az elektromkémiai egyenértékbıl ismertek). A katódsugarat alkotó részecske tömege kb. kétezerszer kisebb, mint a H-ion tömege. Megjegyzés: A katódsugarat alkotó részecske neve (elektron) már korábban megvolt, iszen Georg J. Stoney már 1874-ben rámutatott arra, ogy az elektrollízis törvényeibıl nagy valószínőséggel következik, ogy az elektromosság kvantált szerkezető. Robert Millikan ( ) Nobel díj 19 J. J. Tomson az elektron felfedezését eredményezı elméleti és kísérleti vizsgálataiért 1906-ban elnyerte a fizikai Nobel-díjat. Vízszintes elyzető kondenzátor lemezei közé apró (10-100nm átmérıjő) olajcseppeket porlasztott. Porlasztás közben egyes cseppek molekulái ionizálódtak. elektromos tér az olajcsepp gyorsul növekvı közegellenállási erı A töltött olajcseppre ató erık: - gravitációs erı: F m g ρ V g grav o beáll egy állandó v H sebesség ΣF 0 - felajtó erı: Ffel ρ l g V F fel - elektromos erı: F el q E mg F el F köz - közegellenállási erı: F 6 π η köz r v 4 ρo π r F + F F + F grav köz g + 6 π η r v H el fel U 4 q + ρl g π r d méretı megatározandó 4

5 ı ı Az olajcsepp sugara nem méretı, ezért szükséges még egy egyensúlyi sebességez (v 0 ) tartozó mérés. Legyen ez az az eset, amikor az elektromos tér nincs bekapcsolva. Millikan minden esetben azt találta, ogy: q n e, aol e 1, C F F + F grav köz fel F fel mg F köz r η v 0 ( ρ ρ ) g o l Így az olajcsepp töltése: q η v0 ( v0 vh ) ( ρ ρ ) g 9 π + U o l Az elemi töltés ma ismert legpontosabb értéke: e 1, C Az optika és s a mecanika kapcsolata Geometriai optika: A fénytan azon része, amikor a fény ullám tulajdonságát figyelmen kívül agyjuk. A fényt egyenes vonalban terjedı sugaraknak tekintjük. (pl.:tükrök, lencsék leképezései) Fizikai optika: A fény ullámosszával összeméretı nagyságú tárgyakon való átaladáskor, a fény ullámtermészetét nem agyatjuk figyelmen kívül. (pl.:elajlás, interferencia) Az optika és s a mecanika kapcsolata A klasszikus mecanika törvényei levezetetık a Newton axiómákból, a geometriai optika törvényei pedig a Fermat elvb l. Két pont között olyan úton alad a fény, ogy a legrövidebb id alatt jusson az egyik pontból a másikba. A geometriai optikának a fény terjedését leíró, és a klasszikus mecanikának az anyagi pont mozgását leíró törvényei azonos alakúak. 5

6 λ ε Az optika és s a mecanika kapcsolata de Broglie ipotézise (194) Geometriai optika Fizikai (ullám) optika Klasszikus mecanika? Louis de Broglie ( ), f fény esetén láttuk:, p részecske esetén de Broglie feltételezte: A részecske ullám kettıs természet nemcsak a fény esetén létezik, anem minden anyag esetén. (Nobel-díj 199) ( és fél oldalas doktori dolgozatban.) Részecske jellemezetı: energia, impulzus Hullám jellemezetı: frekvencia, ullámossz ε f p λ ε f λ p Az elektron ullám m természete Az elektron ullámtermészete igazolást nyer, a interferenciát leet kimutatni elektronnyalábbal. Határozzuk meg az U feszültséggel felgyorsított elektron de Broglie ipotézise szerint feltételezett ullámosszát! Az elektron impulzusa: λ p 1 mv U e Az elektron ullámossza: U e m ( m v) U e m 6, ,6 10 p U e m ,1 10 0,1nm Az elektron ullám m természete Az elektron ullámossza asonló nagyságú, mint a röntgensugárzásé, teát a létezik az elektronnak ullámtulajdonsága, akkor a röntgensugarakoz asonló módszerrel leet kimutatni az interferenciát. 197: Az elsı kísérleti bizonyítékok C. Davisson és L. Germer amerikai kutatók észleltek elıször elektronelajlást Alumínium egykristályon. J. J. Tomson fia szintén kimutatta az elektronelajlást 6

7 Az elektron ullám m természete Az elektron ullám m természete röntgensugár interferencia Georg P. Tomson ( ) (Nobel-díj 197) Sok, egymásoz képest véletlenszerően elelyezkedı mikroszkópikus kristályból álló fémfólia elektron interferencia Az elektron ullám m természete Az elektron ullámosszának megatározása méréssel: d, m L 17,5cm r 1,1cm U 8000V r Az elektron ullám m természete Planck állandó megatározása elektroninterferenciával: λ p λ p λ U e m L 1, m 8000V 1, C 9, kg d sin α λ λ d r L, ,011m m 1,4 10 0,175m 11 m 6, Js 7

8 Az elektron ullám m természete Az elektron ullám m természete 1961 Jönsson: kétréses kísérlet 8

Hasonló dokumentumok

Az elektron hullámtermészete. Készítette Kiss László

Az elektron hullámtermészete. Készítette Kiss László Az elektron hullámtermészete Készítette Kiss László Az elektron részecske jellemzői Az elektront Joseph John Thomson fedezte fel 1897-ben. 1906-ban Nobel díj! Az elektronoknak, az elektromos és mágneses