دانلود تحقیق الکترون

الکترون

در اوایل قرن نوزدهم میلادی شیمیدان انگلیسی هامفری دیدیبه بررسی الکترووولیز شیمیایی یعنی تجزیه مواد در اثر جریان الکتریکی پرداخت .نتیجه این بررسیها دیوی را به این نظریه رهنمون کرد که عناصر یک ترکیب شیمیایی به وسیله پیوندهایی که طبیعت الکتریکی دارند به هم پیوسته اند .رابطه کمی میان مقدار الکتریسیته مصرف شده در یک الکترولیز و اثر شیمیایی الکترولیز در سالهای 1833و1832توسط مایکل فاراده دست پرورده و جانشین دیوی تعیین شد جورج جانستون استونی در سال 1874ضمن تفسیر کارهای فاراده به این نتیجه رسید که واحدهایی از بار المتریکی به اتمها وابسته اند و در 1891پیشنهاد کرد که این واحدها (از واژه ی یونانی به معنی "کهربا"به خاطر اثری که به هنگام مالش در آن پدید می آید)نامیده شوند.

بخش اعظم اطلاعات موجد درباره الکترونها از مطالعه اشعه کاتدی نتیجه شده است .اگر بین دو الکترود در یک محفظه شیشه ای مسدود که تا حد ممکن از هوا تخایه شده است یک ولتاژ قوی برقرار شود از الکترود منفی (کاتد)اشعه ای صادر میشود .این اشعه دارای بار منفی است در امتداد خهط مسقیم سیر می کند و در محل برخورد با دیواره شیشه ای مقابل کاتد موجب تلا لو می شود .

در اواخر قرن نوزدهم طبیعت اشعه کاتدی به تفصیل مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش نشان داد که این اشعه جریانی از الکترونهایی است که حرکتی سریع دارند این الکترونها که از فلز الکترود منفی ناشی می شوند به جنس آنها بستگی ندارد .به عبارت دیگر جنس فلز کاتد هر چه باشد جنس اشعه کاتدی ناشی از ان تفاوت نمی کند

در سال 1897جوزف .جی .تامسون نسبت بار الکترون به جرم آن (e\m)را از طریق بررسی انحراف اشعه کاتدی در میدانهای الکتریکی و مغناطیسی معیین کرد.اما روش تامسون قادر نیست که هر یک از مقادیر eیا mرا به تنهایی بدست آورد .

از آنجا که الکترونها دارای بار المتریکحی هستند الکترونهای در حال حرکت یک جریان الکتریکی بوجود می غاورند از طرف دیگر میدان مغناطییسی و جریا الکتریکی بر یکدیگر تاثیر متقابل دارند (موتورهای الکتریکی بر اساس این اصل عمل می کنند )بنابر این وقتی که یک الکترون با بار الکترییکی eو جرمmو سرعتvوارد یک میدان مغناطیسی می شود از مسیر عادی مستقیم خود منحرف شده و در مسیر دایره ای با شعاع(r)به حرکت در می اید امتداد انحراف عمود بر میدان مغناطیسی است و الکترون پس از خروج از حوزه اثر میدان در یک مسیر مستقی به حرکت خود ادامه می دهد

مقدار rرا از رابطه زیر بدست می آورند

                                                                                          R=mv/He

که در آن Hشدت میدان مغناطیسی است هر چه شدت میدان و بار الکتریکی ذره بیشتر باشد انحراف از خط مستقیم بیشتر است ولی انحراف بیشتر بدان معنی است که مقدار Rکوچکتر است بنابر این h,eبه طور معکوس با r متناسبند از طرف دیگر ذراتی که جرم بزرگتر داشته باشند یا سرعت حرکت آنها زیاد باشد انحرافشان از مسیر مستقیم کمتر خواهد بود و بنا بر این شعاع دایره مسیر آنه بزرگتر استع از این رو m,vبا rنسبت مستقیم دارند

تامسون مقادیر r را برا یانحراف اشعه کاتدی در میدانهای مغناطیسی با شدت معلوم معیی کرد واز انجا توانست مقدارe/mvرا بدست اورد از رابطه 1 نتیجه می شود

e/mv=i/Hr

ولی برای ان که مقدار e/mاز رابطه (2) بدست اید باید سرعت حرکت الکترون    v تعیین شود یکی از روشهایی که تامسون برای پیدا کردن مقدار vبه کار برد مطالعه اشعه کاتدی در لامپی بود که در اطراف ان میدانهای الکتریکی ومغناطیسی همزمان وعمود بر یکدیگر بر قرار شد

الکترونها در یک میدان الکتریکی مسیری سهمس شکل دارند و به طرف صفحه مثبت منحرف می شود . در این صورت اگر الکترون تنها حت اثر میدان الکتریکی باشد در نقطه cبه دیواره لامپ برخورد می کند نیرویی که موجب انحراف یک ذره باردا ر در یک میدان الکتریکی می شود فقط به شدت میدان الکتریکی(E)و مقدار بار الکتریکی ذره (eبرای الکترون ) بستگی دارد . این نیرو به حرکت یاسکون ذره باردار بستگی ندارد . از این رو می توتن میتوان نوشت :

F=Ee

اشعه کاتدی اگر تنها تحت اثر میدان مغناطیسی باشد پس از انحراف در انحراف در نقطه aبه دیواره لوله برخورد می کند . میدان مغناطیسی    اثری بر ذره باردا ساکن ندارد بلکه فقط بر جریان الکتریکی یعنی ذرات باردار متحرک موثر است بنابر این نیرویی که در مید انو مغناطیسی موجب انحراف می شود نه تنها به شد ت میدان مغناطیسی و با ر الکتریکی الکترون بلکه به سرعت ان نیز بستگی دارد

F=Hev

معادلات 3و4تنها مقدار نیثروهایی را که سبب انحراف می شوند معین می کند اما مقدار انحراف چه در میدان الکتریکی و چه در میدان مغناطیسی به جرم الکترون ومدت زمانی که الکترون تحت تاثر میدان قرار می گیرد نیز بستگی دارد تامسون شدت دو میدان مغناطیسی و الکتریکی را که همزمان وعمود بر هم در اطرافغ لامپ بر قرار شده بودند به نحوی تنظیم کرد که اشعه کاتدی هیچ گکونه انحرافی پیدا نکند و در نقطه bبه دیواره لامپ برخورد نماید در این شرایط الکترون که دارای جرمی ثابت است به همان مدت که تحت اثر میدان مغناطیسی است تحت اثر میدان الکتریکی مخالف نیز هست چون انحرافی در مسیر اشعه کاتدی وجود ندارد پس دو نیروی مخالف باید با هم برابر باشند بنابر این با توجه به معادلات 3و4 می توان نوشت

Hev=Ee

v=E/H

با ضرب کردن مقدار e/mv(که با استفاده از معادله 2 تعیین می شود )در v(که با استفاده از معادله6 تعیین می شود)مقدارe/m بدست می اید

                                                                                               esu   17 e/m=-5.2728*10

نخستین اندازه گیری دقیق بار الکترون که واحد بار الکتریکی است توسط رابرت میلیکان در سال 1909انجام گرفت

در روش میلیکان قطرات بسیار ریز روغن بر اثر قرار گرفتن در معرض تابش اشعه xبار الکتریکی بدست می اورند . این قطرات بین دو صفحه افقی قرار می گیرند و جرم یک قطره با اندازه گیری سرعت سقوط آن معین می شود .

وقتی که صفحات باردار شوند سرعت سقوط ذره باردار تغییر می کند اندازه سرعت قطره در این شرایط محاسبه بار قطره را امکان پذیر می سازد بارهایی که به این ترتیب محاسبه می شوند با هم برابر نیستند ولی همه انها مضربهایی ساده از مقدار 4/8033*10-10 esuکه همان واحد بار الک.تریکی است می باشد