Atomfizika előadás. Elektromosság elemi egysége 014. szeptember 17.
Az elektrolízis Faraday-törvényei mkit Nm/A(k/A)It k/a 1--szer egy adott érték (egység létezése) minden egy vegyértékű elem 1 moljának kiválasztásához 96500 C töltés kell. Van általános elemi megjelenési formája az elektromos áramnak Atomfizika előadás.
Szabad elektron előállítása fénycső csökkentjük a nyomást Elektron szabad úthossza λ e L katódsugárcső Atomfizika előadás. 3
Röntgensugárzás, X-ray A gáz helyett a másik elektródának ütköznek az elektronok a katódsugárcsőben Antikatód sugárzásának megfigyelése: Fluoreszcencia, fotolemez megfeketedés 1895 Röntgen -féle keletkezési mechanizmus Fékezési sugárzás Karakterisztikus röntgensugárzás Röntgensugárzás elnyelődése H, C, N, O Ca, Au 1 6 7 8 0 79 http://hu.wikipedia.org/wiki/röntgensugárzás Atomfizika előadás. 4
Az elektron q/m meghatározása Joseph John Thomson 1897 Az elektron részecske vagy hullám? katódsugárcső + repülési tér, kollimátor szcintillációs ernyő ZnSfesték Az eltérülést lehet mérni θ Atomfizika előadás. 5
Az elektron q/m meghatározása x x Kondenzátorral párhuzamosmozgás (x): nincs erőhatás egyenes vonalú egyenletes t L v x Kondenzátora merőlegesmozgás (y): A mozgásegyenlet: FqEma egyenletes gyorsulás qe v y at+ v0 t m vy qel tg θ E ismert (U/d), L ismert, v x -t kell még tudni v mv A sebesség meghatározásához a gyorsítófeszültség ismerete szükséges: qu(1/)mv x. Ekkor azonban q/m kiesik, az eltérülés q/m-től függetlenül meghatározható. Thomson ötlete vezetett a megoldáshoz. qel mv x Atomfizika előadás. 6
Az elektron q/m meghatározása Thomson: Az eltérülést mágneses térrelkompenzálta. A sebességet meghatározta a mágneses Térrel előállított eltérülésmentespálya alapján. A mágneses térben hat a Lorenz-erő: A mozgásegyenlet ebben az esetben: Fel FLor 0 qe qvb E v B qel qlb tg θ E me m B q m Etgθ qlb Atomfizika előadás. 7
AMillikan-kísérlet Az elemi töltés meghatározása Olajcseppek porlasztása kondenzátor lemezek közé Töltéssel el kell látni Lefelé süllyedés és a felfelé mozgás Sebességét meg kell mérni, egy adott Olajcseppecskén mikroszkópon át nézve K A porlasztó B, C kondenzátor feszültségének előállítása D porlasztási tér G termosztát K röntgencső, katódsugárcső M,N kondenzátor fegyverzetei a,w,d - mikroszkóp Atomfizika előadás. 8
A Millikan-kísérlet Cél: sebesség mérése elektromos térrel és anélkül Erők: Nehézségi erő, felhajtó erő, közegellenállás, elektrosztatikus erő Mozgásegyenlet süllyedéskor 0 mg 4 ρ π 6πη 3 levg r 3 rv le Mozgásegyenlet emelkedéskor 4 3 0 mg ρlevg πr + 6πηrv 3 fel qe Atomfizika előadás. 9
A Millikan-kísérlet m ρ olaj 0 ( ρ q 4 g πr 3 olaj 3 ρ lev A süllyedési sebességből megvan a csepp sugara, az emelkedési sebességből a töltése. 4 ) g πr 3 3 6πηrv 4 ( ρolaj ρlev) g πr 3 + 6πηrv 3 E le fel r Eredmény ( ρ olaj 9ηvle ρ lev )g gyakoriság gyakoriság létezik elemi töltés e1,6 10-19 C töltés töltés Atomfizika előadás. 10
A sörétzaj Az elektromos töltés még pontosabb meghatározása (W. Schottky) Katósugárcső áramingadozásai Atomfizika előadás. 11
A sörétzaj Miért ingadozik az áramerősség? A katódróldtidőalatt kilépőelektronok száma legyen n. Az n nem azonos az egyes időintervallumokban! Az egyes elektronok egymástól függetlenül lépnek ki a katódból, egy adott valószínűséggel! 1 elektron időegység alatti kilépésének valószínűsége legyen λ, Ez állandó, azaz p1 λdt A kilépő elektronok számának valószínűsége: p ( n ) N n N n ( p ) n p 1 1 1 Atomfizika előadás. 1
A sörétzaj Az áramerősség átlaga, kilépő elektronok számának átlaga (dt alatt) I N dq ne e I n n dt dt dt i 0 p( n) n Np 1 Nλdt Az áramerősség szórása, kilépő elektronok számának szórása (dt alatt) N e σi σn σn p( n)( n n) Np1(1 p1) Np1 dt i 0 σi σn 1 ε I n I n n A kettő között kapcsolat van! A szórás attól függ, hogy hány elektron lép ki az adott idő alatt (dt) nem csak az áramerősség van meg, hanem a darabszám is 1 ε I e Idt n n σi Idt I Atomfizika előadás. 13