공학물리학및실험(2) 3주차 결과 레포트-전자의 e/m
- 최초 등록일
- 2022.01.20
- 최종 저작일
- 2021.10
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목차
1. 실험 결과
2. 결과 분석
3. 토의
4. 참고문헌
본문내용
결과 분석
이번 실험에서는 가속 전압 V와 헬름홀츠 코일에 흐르는 전류 I에 따라 e/m 장치에 형성되는 원형 전자빔의 반경을 측정하고, 이를 공식에 대입하여 e/m의 값을 계산하였다. 또한, 전자의 운동 방향과 자기장의 방향이 수직이 아닐 경우 전자는 어떻게 움직이는지, 그리고 전기장은 전자의 운동에 어떻게 영향을 미치는지 관찰하였다.
[실험 1]에서는 전압, 전류, 전자빔의 반경을 구심력과 자기력을 이용하여 e/m을 표현한 식에 대입하여 e/m을 계산하였다. 우선 음극판을 가열하고, 이를 통해 전자를 방출시킨다. 전자는 가속 전압에 의해 가속되어 eV의 운동에너지를 갖게 된다. 헬름홀츠 코일에 의한 자기장의 방향은 거울 쪽으로 들어가는 방향이다. 균일한 자기장 내에 전하량 q를 갖는 입자가 속도 진입한다면, 로런츠 힘이라고 불리는 자기력을 받게 되는데, 이는 처럼 외적으로 나타낼 수 있다. 따라서 자기력은 진행 방향 기준 오른쪽으로 작용하고, 전자는 시계 방향으로 원운동하게 된다. 총 12가지 조건에서 크게 세 번 반복 측정해 본 결과, 세 번의 시도에서의 오차율은 모두 6% 이하로 낮게 나타났다.
[실험 2]에서는 진공관을 시계/반시계 방향으로 회전하여 전자의 운동 방향이 자기장과 수직이 아니도록 만들었다. 진공관을 시계 방향으로 돌릴 때 전자의 자기장의 방향에 대한 입사 각도를 라고 한다면, 자기장과 수직인 방향의 속도인 는 로런츠 힘에 의하여 전자가 원운동을 하도록 만들고, 자기장과 평행한 방향의 속도인 는 전자가 의 방향으로 나아가도록 만든다.
참고 자료
Hugh D. Young, Roger A. Freedman - University Physics with Modern Physics (15th Edition) (2019, Pearson)
27.4 Motion of Charged Particles in a Magnetic Field p.888~p.890
연세대학교 Learnus “공학물리학 실험실”