현대물��실험레포트 비전하

1. 실험목적 및 소개
전자의 전하왿� 질량의 비를 측정하며 대전입자가 자기장 내에서 운동할 때 받는 로렌츠 힘(Lorentz Force)을 이해한다. 전자의 비전하를 측정하여 전자가 질량과 전하를 가졌고, 톰슨이 음극선실험에서 음극선이 전기장과 자기장에 의해서 휘어진다는 사실로 부터 음극선이 (-)전하를 띄고 또한 실험으로 음극선이 전자의 흐름이라는 사실을 알 수 있다.


2. 실험이론
가열된 필라멘트 음극에 의해서 방출된 전자는 양극에 가해준 전위차에 의해 가속된다. 양극에 있는 작은 구멍을 통하여 전자가 자기장이 있는 곳으로 들어가면 전자는 속도왿� 자기장에 수직한 방향으로 힘을 받아 원운동을 한다. 이 실험기구의 관 내부에는 저압의 헬륨가스가 들어 있어서 전자가 수은과 충돌하여 헬륨가스를 여기(또는 들뜸, Excitation) 시킨다. 여기된 헬륨가스에서 나오는 형광에 의하여 전자의 궤도왿� 위치를 결정할 수 있다.

전하량이 e인 전자가 전위차 V인 곳에서 가속될 때 얻는 운동 에너지는 E = mv2/2 = eV 이므로 전자의 질량을 m이라고 할 때 전자의 속도는 다음과 같이 주어진다.
v = √2E/m = √2eV/m (1)
자기장 B속에서 속도 v로 운동하는 전자가 받는 로렌츠 힘 F는
F = -ev × B (2)
이다. 이 힘은 속도에 수직한 방향으로 작용하므로 구심력이 되어 전자를 원운동하게 한다. 원운동의 반경을 r이라고 하면 전자에 작용하는 힘은 다음과 같이 주어진다.
F = mv2/r = evB (3)
이다. 식 (1)과 (3)으로부터
e/m = 2V/B2r2 (4)
이 된다. 균일한 자기장은 헬륨홀쯔(Helmholtz) 코일에 의하여 생긴다. 코일의 반경이 R이고, 코일로부터 x만큼 떨어진 점에서의 자기장의 크기는 다음과 같다.
B = μ0NIR2/(R2 + x2)3/2 (5)

위 식에서 μ0는 진공 상태의 투자율(4π × 10-7 H/M), N은 코일의 감은 총 횟수, I는 코일에 흐르는 전류이다. 여기서 x는 0으로 한다.