[자연과학] 일반물리학 실험 - e,m 측정실험(전자기력)

일반물리학 실험 - e/m 측정실험 1.실험제목 -e/m 측정실험 2.실험목적 -Helmholtz coil을 이용하여 생성시킨 자기장 하에서 전자의 운동을 관측하여 자기장이 운동하는 하전입자에 미치는 힘을 이해한다. 3.관련이론 -주어진 전기장 E, 자기장 B 하에서 속도 로 운동하는 하전입자 q는 로렌츠 힘를 받게 된다. 만약 하전입자 q가 균일한 자기장 B하에서 운동한다면 입자는 B와 의 수직방향으로 힘을 받으므로 등속원운동을 하게 된다. 자기장에 의한 로렌츠힘에 의한 등속원운동에 대해 뉴턴의 제2법칙을 적용하면 이된다. 만일 입자가 일정한 자기장으로 입사하기 전에 전위차 의 전기장에 의해 가속이 되었다면 그 퍼텐셜에너지는 운동에너지로 바뀌므로 전자의 입사속도는 이 된다. 위 식으로부터 원운동 반경 r을 구하면 다음과 같다. 여기서 전자의 질량과 전하량은 각각 이다. 전기장 하에서 전자가 반지름 r인 원궤도를 그리며 돌 때 전자의 궤도를 나타내는 사이에는 다음과 같은 관계가 성립한다. 한편 실험에서 Helmholtz coil에 의한 자기장 B는 다음과 같이 주어진다. 여기서 N은 코일의 감긴 횟수, R은 코일의 반지름, 는 진공에서의 투자율 , I는 코일에 흐르는 전류이다. 따라서 전류에 대해 자기장과 회전반경 r을 계산하면 전자궤도상의 y값을 이론적으로 구할 수 있다. 4.실험방법 가. 고전압장치와 전류전원장치가 연결된 진공관, 안에는 좌표가 표시되어있는 모눈종이를 준비한다. 나. 고전압장치를 각각 2kV, 3kV, 4kV로, y값을 1로 고정시킨 후 전류의 값을 변화시키면서 x값의 변화량에 따라 전류를 측정한다. 다. 측정한 값을 이용하여 자기장과 r의 실험값, 이론값을 구하고 e/m을 구한 후 e/m의 이론값과 비교하여 본다. 5.실험결과 e/m 이론값: , e/m 실험값 = r실험값: , , , 고전압 (Ua) : 3000V 전류(I) X Y 자기장(B) r(실험) e/m(실험) …
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