2019. augusztus 24., szombat

21. Az elektron vizsgálata

1. Kísérleti bizonyítékok:

Az elektron részecsketermészete:
Kísérleti bizonyítékok:
    Thomson-kísérlet
    Millikan-kísérlet
    elektrolízis
Az elektron hullámtermészete:
Kísérleti bizonyíték:
    elektroninterferencia

2. Katódsugárzás vizsgálata (Thomson):


Katód = negatív elektróda.
Anód = pozitív elektróda.
Katódsugárcső = zárt üvegcső, amelynek a két végén helyezkedik el a két elektróda.
A katódsugárcsőben feszültség hatására ionizáció révén negatív töltésű részecske áramlás történik.
J.J. Thomson 1897-ben kimutatta, hogy az áramlásban szereplő negatív töltésű részecske nem más, mint az elektron. Ez volt az első ismert atomalkotó. Az atomkor kezdete innen számítható.
A katódsugarakat (elektronsugarakat)
  • az anódról továbbvezetve a ZnS (cink-szulfidos) bevonatú ernyőn felvillanásokat okoznak, 
  • kondenzátorlemezekkel eltéríthetők,
  • a mágnes segítségével is eltéríthetők.

A katódsugárcsövek továbbfejlesztett változatai:
  • a fénycsövek
  • tévéképcső, oszcilloszkóp
  • a Rtg-sugár előállító csövek
  • az elektroncsövek.
régi típusú televízió:

elektoronmikroszkóp:

3. Millikan kísérlet (1910.):

Kondenzátorlemezek közé 10-7 – 10-8 m átmérőjű olajcseppeket porlasztott, amelyek a dörzsölődéstől feltöltődtek. A feltöltött olajcseppekre már hatott a kondenzátor-lemezek közötti elektromos mező. A lemezek közötti U feszültséget beállítva elérte, hogy a cseppekre ható erők kiegyenlítsék egymást.

Tapasztalat:
Az olajcseppek töltése minden esetben az elemi töltés, vagyis az elektron töltésének egész számú többszörösének adódott.
Jelentőség:
A Thomson-kísérletben az elektrom fajlagos töltése (Q/m hányados értéke) vált ismerté.
Miután Millikan meghatározta az elemi töltés értékét (e = -1,6*10-19C) az elektron tömege is ismertté vált.
(me = 9,1*10-31kg)

4. Elektrolízis:


A mérések alapján az elektródákon kiváló minden ion töltése e = 1,6·10-19 C-nak, vagy annak egész számú többszörösének adódott.

5. Elektron interferencia:


6. De Broglie[dö broj]:


Nem csak a fény, hanem minden mikroszkopikus részecske rendelkezik kettős természettel.
Ha egy elektron hullám tulajdonságú, akkor van hullámhossza és frekvenciája.
Ugyanazon összefüggéseket  felírva, ami a fotonokra érvényesek:
    E = h∙f = m·c2   |:c2
    m = h∙f/c2         |∙c
    I = m∙c = h∙f/c   | λ=c/f
    I = h/λ
ahol h = 6,63·10-34 Js (Planck állandó)

6. Gyakorló feladatok

1. Mekkora a 3000V-os gyorsítófeszültségen átengedett elektron hullámhossza?

2. Mekkora a mozgási energiája annak az elektronnak, amelynek a hullámhossza 1,9*10-11m? Mekkora feszültség szükséges a gyorsításához?

3. Határozzuk meg a de Broglie hullámhosszát egy
a) 6*106m/s sebességgel mozgó elektronnak!
b) egy 13m/s sebességgel mozgó 0,15kg tömegű labdának!