본문내용
1. 실험 개요
1.1. 실험 목적
전자의 전하와 질량의 비(e/m)을 측정하여 대전입자가 자기장 내에서 운동할 때 받는 자기력을 이해하는 것이 이 실험의 목적이다.
1.2. 실험 원리
비전하는 하전입자의 전하와 질량의 비율을 나타내는 물리량이다. 이러한 비전하를 측정하는 실험에서는 전자가 균일한 원형 경로를 따라 이동하는 현상을 관찰한다. 실험 장치에 정확하게 헬륨 가스가 들어 있으며, 압력을 설정하여 가스 원자가 원형의 길이를 따라 이온화된다. 전자와의 충돌로 인해 가스 원자가 빛을 방출하여 간접적으로 전자의 원형 경로를 확인할 수 있다.
전자의 경로 반경을 측정하고, 가속 전압, 자기장 등의 변수를 알고 있다면 반지름 값을 이용하여 전자의 비전하 e/m을 계산할 수 있다. 수직 방향으로 속도 v로 움직이는 전자는 균일한 자기장 B에 의해 로렌츠 힘 F=e*v*B를 받는다. 여기서 e는 전자의 전하이다. 원형 운동에서는 구심력 F=m*v^2/r이 작용하며, 속도 v는 가속 전압에 따라 달라진다. 이를 통해 {e} over {m} = {2U} over {B^2 r^2} 의 관계식을 도출할 수 있다.
1.3. 실험 장치
전자의 전하와 질량의 비(e/m)을 측정하기 위한 실험 장치는 다음과 같다.
전자의 비전하 측정 장치(Electron Charge-to-Mass Ratio SE-9629), 전자의 비전하 전자 튜브(e/m Tube SE-9651), 헬름홀츠 코일과 받침대(Helmholtz Coils and Base SE-9626)가 사용된다. 또한 거울 눈금자(Mirrored Scale), 조정 가능한 DC 전압(정전압) 전원 공급 장치(Tunable DC (Constant Voltage) Power Supply Ⅱ, 12V, 100V, 200V SE-9644), 조정 가능한 DC 전류(정전류) 전원 공급 장치(Tunable DC (Constant Current) Power Supply, 3.5A, 6.3V SE-9622) 등의 부속 장비들이 사용된다.
전자의 비전하 측정 장치에는 가열된 필라멘트에서 방출된 열전자가 양극에 가해진 전위차에 의해 가속되어 진행한다. 이때 전자는 헬름홀츠 코일이 만드는 균일한 자기장 속을 지나면서 원운동을 하게 된...
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