[실험] 전자의 비전하 측정

1. 실험제목 : 전자의 비전하 측정

2. 목적 : 전자의 전하와 질량의 빛을 측정한다.

3. 기구 : 전자선속발생장치, 헬름홀쯔코일, 전원, 전류계 , 전압계

4. 원리 및 이론

가열된 필라멘트 음극에 의해서 방출된 전자는 양극에 가해준 전위차에 의해 가속되고, 전자의 초기 운동에너지를 갖는다. 양극에 있는 작은 구멍을 통하여 전자가 자기장이 있는 곳으로 들어가면 전자는 속도와 자기장에 수직한 방향으로 힘을 받아 원운동을 한다. 이 실험기구의 관 내부에는 저압의 수은이 들어 있어서 전자가 수은과 충돌하여 수은을 여기 시킨다. 여기 된 수은에서 나오는 형광에 의하여 전자의 궤도와 위치를 결정할 수 있다. 전하량이 인 전자가 전위차 인 곳에서 가속될 때 얻는 에너지는 E = eV 이므로 전자의 질량을 이라고 할 때 전자의 속도는 다음과 같이 주어진다.

① 이 실험기기는 세 개의 전원회로, 즉 필라멘트 전원, 전자 가속전원 및 헬름홀쯔 코일 전원으로 구성되어 있다. 먼저 각 회로를 그림 9·18과 같이 연결한다.

② 필라멘트에 6.3[VAC] 전원을 가한다. 필라멘트가 달구어질 때까지 2~3분 기다린다.

③ 전자 가속전압을 0[V]에섭터 서서히 증가시켜 가속전압이 150[V]가 되게 한다.

④ 필라멘트가 달구어지면 양전극의 작은 구멍을 통과하는 전자선속이 관찰된다. 양전극에 흐르는 전류를 밀리암미터를 이용하여 측정하고, 5~10[mA]가 되게 필라멘트 전류를 조 정한다. 이때 양전극에 흐르는 전류가 10[mA] 이상 되지 않게 주의한다.

⑤ 헬름홀쯔 코일의 전원에서 전류조정나사를 돌려 전류를 변화시키면 전자선속의 방향이 변하는 것을 관찰할 수 있다.

⑥ 헬름홀쯔 코일에 흐르는 전류를 차단시켰을 때 전자선속이 직선으로 진행하는지를 관찰 한다. 만 일 직선으로 진행하지 않을 경우에는 코일에 흐르는 전류를 미소변화시켜 전자선 속이 직선으로 진행하게 하고 이때 코일에 흐르는 전류 I₀를 기록한다.

⑦ 헬름홀쯔 코일의 전류를 증가시켜 전자선속이 그림 9·16의 눈금자의 끝 눈금에 도달하게 하고 이때의 전류 I`를 기록한다.

⑧ 다른 눈금에 대해서도 과정 ⑦을 반복해서 측정한다.

⑨ 다른 가속전압에 대해서 과정⑥,⑦,⑧을 반복해서 측정한다.

⑩ 측정값으로부터 식 (9·21), 식 (9·22)를 이용하여 e/m를 구하고, e/m = 1.76×10[C/kg] 과 비교한다.