보고서 설명

[실험 목적]
균일한 자기장 속에서 전자를 원운동을 시켜 자연계의 중요한 상수 값의 하나인 전자의 전하량과 질량의 비를 측정한다.

[실험 이론]
1897년 톰슨(J. J. Thomson)이 영국 캠브리지의 캐번디시 실험실에서 실시한 실험으로, 운동하는 전자에 전기장과 자기장을 걸어주어 그 안에서 전자가 편향되는 것으로부터 전자의 전하량과 질량의 비(비전하)를 측정한 실험이다.

본문일부 및 목차

그림 2의 전원공급장치(power supply)는 비전하 관(tube)의 각 부분에 전압을 걸어 주는 장치이다. DC 12V의 균일한 직류전압을 발생하고, 아울러 필라멘트에 걸어줄 수 있는 교류전압 6V를, 그리고 K, P 양단으로는 전압조절손잡이로서 0V 부터 300V 정도까지 조절해 줄 수 있는 직류전압이 출력된다. DC12V 단자로 출력되는 전류와 K, P 양단으로 출력되는 전압을 각각 측정할 수 있도록 전류계, 전압계가 달려있다.

한편 비전하 관 장치는 전자총과 눈금자가 들어 있는 유리관(이를 비전하 관이라고 함)이 헬름홀츠 코일 속 중앙에 놓여 있고 코일, 필라멘트, K-P간에 각각 전압을 걸어 줄 수 있는 단자가 밑에 배치되어 있다. 코일에는 DC12V 단자를 통해서 12V의 직류가 걸리지만 왼쪽 밑에 있는 가변저항을 거쳐서 코일로 들어가므로 가변저항의 둥근 손잡이를 돌려주면 코일에 흐르는 전류를 조절할 수 있어 자기장을 변화시킬 수 있도록 되어 있다.

비전하 관 내부에는 텅스텐 필라멘트 바로 위에 금속으로 된 음극(cathod : K로 표기)이 있고, 그 위에 3mm 간격으로 조그마한 구멍이 한 개 뚫린 양극(plate, anode: P로 표기)이 배치되어 있다. 처음에 이 관내의 공기를 뽑아내어 진공도가 약 10-5 Torr정도로 되게 한 후 0.1Torr 정도까지 아르곤 기체를 투입시킨다. 아르곤 기체를 봉입하는 이유는 운동하는 전자가 아르곤 원자와 충돌하여 아르곤 원자 내의 전자가 여기 되었다가, 바닥 상태로 천이될 때 방출되는 광자에 의해 운동전자의 궤도를 눈으로 확인할 수 있게 하기 위해서이다.

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