12. ELEKTRONIN OMINAISVARAUS

Elektronin ominaisvarauksella tarkoitetaan sen varauksen e suhdetta massaan m. e/m voidaan määrittää kiihdyttämällä elektronit sähkökentän avulla ja tarkastelemalla niiden rataa magneettikentässä.

Magneettikenttä aiheuttaa siinä nopeudella liikkuvaan varaukseen Q voiman . Jos elektronin nopeus on kohtisuorassa magneettivuon tiheyttä vastaan, on voiman suuruus

F = evB. Voima saattaa elektronin tasaiseen ympyräliikkeeseen. Kun radan säde on r, saadaan Newtonin II lain mukaan

                                                                    (12-1)

Energiaperiaatteesta seuraa

,                                                                  (12-2)

missä U on kiihdytysjännite. Yhdistämällä edelliset yhtälöt saadaan

.                                                                    (12-3)

Ominaisvarauksen laskemiseksi on siis määritettävä anodijännite U, radan säde r ja magneettivuon tiheys B.

12.1 Valojuovaputki

Putkessa on vetyä n. 1 Pa paineessa. Kun elektronit törmäävät vetymolekyyleihin, tapahtuu atomeissa virittymistä. Viritystilojen lauetessa emittoituu fotoneja. Tämän tuloksena elektronien rata näkyy sinertävänä valojuovana, jonka säde voidaan mitata. Valojuovaputki on asetettu Helmholtzin käämien keskelle. Ne muodostuvat kahdesta samanlaisesta yhdensuuntaisesta ympyränmuotoisesta käämistä, jotka ovat käämien säteen R etäisyydellä toisistaan. Käämeissä kulkeva virta synnyttää niiden keskelle lähes homogeenisen magneettikentän, jossa vuon tiheys on

                                                        (12-4)

Yhtälössä (12-4) N on yhden käämin johdinkierremäärä. Putki, käämit ja kytkentärasia on asennettu levylle kuvan 1 tapaan. Kytkentärasiaan tuodaan kuvan 2 mukaiset jännitteet (kuvan 1 kytkentä hieman poikkeava).

VAROITUS: Hehkulanka palaa poikki, jos hehkujännite on suurempi kuin 6,3 V.

Työn suoritus

Valvoja tarkastaa kytkennän ja kytkee jännitteet. Anodijännitteelle annetaan useita arvoja ja jokaista jännitteen arvoa kohden mitataan esimerkiksi kolme eri elektroniradan halkaisijaa. Halkaisija säädetään Helmholtzin käämien virran I avulla. Lopputulokseksi lasketaan saatujen arvojen keskiarvo.

KUVA 1.       Valojuovaputken kytkentä

KUVA 2.       Kytkettävät jännitteet ja virrat

Helmholtz-käämit:

                      N = 130 kierr.

                      R = 150 mm