Teltron rör

Teltron elektronstrålerör

Teltron avböjningsrör med Helmholtz-spolar och stativ

Ett teltronrör (uppkallat efter Teltron Inc., som nu ägs av 3B Scientific Ltd.) är en typ av katodstrålerör som används för att demonstrera elektronernas egenskaper . Det fanns flera olika typer tillverkade av Teltron, inklusive en diod, en triod, ett maltesiskt korsrör, ett enkelt avböjningsrör med en lysrörsskärm och ett som kunde användas för att mäta laddning-till-massaförhållandet för en elektron. De två sistnämnda innehöll en elektronkanon med avlänkningsplattor. Balkarna kan böjas genom att lägga spänningar på olika elektroder i röret eller genom att hålla en magnet nära. Elektronstrålarna är synliga som fina blåaktiga linjer. Detta åstadkoms genom att fylla röret med lågtryckshelium ( He) eller väte (H ₂ ) gas. Ett fåtal av elektronerna i strålen kolliderar med heliumatomerna, vilket får dem att fluorescera och avge ljus.

De används vanligtvis för att lära ut elektromagnetiska effekter eftersom de visar hur en elektronstråle påverkas av elektriska fält och av magnetiska fält som Lorentzkraften .

Rörelser i fält

Laddade partiklar i ett enhetligt elektriskt fält följer en parabolisk bana , eftersom termen för det elektriska fältet (av Lorentz-kraften som verkar på partikeln) är produkten av partikelns laddning och storleken på det elektriska fältet (orienterad i riktning mot partikeln). elektriskt fält). I ett enhetligt magnetfält följer dock laddade partiklar en cirkulär bana på grund av korsprodukten i magnetfälttermen för Lorentzkraften. (Det vill säga kraften från magnetfältet verkar på partikeln i en riktning vinkelrät mot partikelns rörelseriktning. Se: Lorentzkraft för mer detaljer.)

Anordning

"Teltron"-apparaten består av ett elektronavböjningsrör av Teltron-typ, ett Teltron-stativ, EHT- strömförsörjning ( 0 - 5000 V DC , variabel).

Experimentuppställning

Experimentell skiss fin stråle

I en evakuerad glaskula fylls en del vätgas (H _{2 ) så att röret har en väteatmosfär vid lågt tryck på ca} 1 Pa bildas. Trycket är sådant att elektronerna bromsas ner av kollisioner så lite som möjligt (förändring i kinetisk energi), antalet kollisioner är få men tillräckligt för att avge synligt ljus. Inuti glödlampan finns en elektronpistol . Denna består av en värmespiral, en katod och ett anodhål. Från katoden ( - ) emitteras elektroner och accelereras av det elektriska fältet mot den positivt laddade anoden ( + ). Genom ett hål i anoden lämnar elektronerna det strålbildande systemet och Wehnelt-cylinderknippena .

Resultat

En annan experimentell uppställning som visar elektronstrålens omloppsbana

När värmaren är strömsatt kommer värmeslingan att orsaka att elektroner kommer ut från den på grund av termionisk emission . I det elektriska fältet mellan anod och katod verkar det elektriska fältet på elektronerna, som accelererar till en hög hastighet, så att elektronerna lämnar genom en liten öppning i anoden som en elektronstråle. Först när spolströmmen slås på kommer en kraft att verka på strålen och ändra dess riktning. Annars kommer den att behålla sin hastighet. Om emellertid spolströmmen slås på kommer Lorentzkraften att styra elektronerna in i en cirkulär bana.

Bestämning av den specifika elektronladdningen

Härledning av formeln för att bestämma elektronens specifika laddning med hjälp av filamentstråletestet

Ju högre spolströmmen är, desto starkare magnetfält och därmed mindre radie på elektronernas cirkulära bana. Styrkan hos magnetfältet och Lorentzkraften är proportionella mot varandra, så att när Lorentzkraften ökar. En större Lorentzkraft kommer att avleda elektronerna kraftigare, så omloppsbanan blir mindre. Lorentzkraften $F_{L}$ är alltid vinkelrät mot den momentana rörelseriktningen och tillåter en centripetal $F_{Z}$ cirkulär rörelse. Storleken på hastigheten och därmed den kinetiska energin kan inte ändras:

{\begin{aligned}F_{L}&=F_{Z}\\evB&=m{\frac {v^{2}}{r} }\end{aligned}}

Från detta får vi mängden specifik elektronladdning

{\frac {e}{m}}={\frac {v}{Br}}

Bestämningen av hastigheten utförs med hjälp av energisparlagen

eU={\frac {1}{2}}mv^{2}

Detta följs slutligen av

{\frac {e}{m}}={\frac {2U}{r^{2}B^{2}}}

Den specifika elektronladdningen har värdet

{\frac {-e}{m}}\approx -1,7588202\times 10^{11}\,\mathrm {\frac {C}{kg} }

Eftersom laddningen av en elektron är tillgänglig från Millikan-experimentet , är studiet av elektroner i ett magnetfält bestämningen av dess massa i enlighet med:

\displaystyle \ m={\frac {er^{2}B^{2}}{2U}}\approx 9,1094\times 10^{ -31}\,\mathrm {kg} }

Liknande koncept för vägning av laddade partiklar finns i masspektrometern .

externa länkar