Rozdział 3

Wprowadzenie do fizyki
Mirosław Kozłowski
rok akad. 2002/2003
Część trzecia
Zastosowania
Zastosowania
Slajd podsumowania
3.1. Filtry prędkości cząstek naładowanych.
3.2. Doświadczenie A. Bucherera.
3.3. Doświadczenie R. Millikana
3.4. Doświadczenie E. H. Halla.
3.5. Podsumowanie i wnioski.
Zastosowania
3
Koniec
pokazu
Linki do stron WWW
Hyper Physics
Astronomy Picture of the Day
Space Photos and Images
4
Ważenie cząstek elementarnych
 Doświadczenie A. Bucherera (1908)
 Doświadczenie R. Millikana (1911)
3.1 Filtry prędkości cząstek
naładowanych


 
F  qE  qv  B.
Zastosowania
5
 
qv  B || z ,

E || z ,

 
qv  B  qvB k ,


qE   E k q ,

k qvB  Eq   0,
z
 
qv  B
y

v

E
qvB  Eq.
Zastosowania

B
6
x
E
v
.
B
Wniosek 1
Przez filtr przechodzą tylko cząstki o
prędkości v=E/B.
Zastosowania
7
3.2 Doświadczenie A. Bucherera
2
mv
 qvB,
R
2
mv
mv
R

.
qvB q B
m E
mE
R

.
2
qB B qB
Zastosowania
8
R
R
d
d
D
R  d 
2
D  R
2
2
 2 Rd  d  D  0,
2
2
D d
R
.
2d
2
Zastosowania
2
9
Ekran
R-d
Wniosek 2
D d
2d
2
2
m E

.
2
q B
m D d
 
q  2d
2
Zastosowania
2
B

.
 E
2
10
R. A. Bucherer:
q
11 C
 1.76 10
,
 
kg
 m  elektron
q
7 C
 9.58 10
.
 
kg
 m  proton
Zastosowania
11
3.3. Doświadczenie R. A. Millikana
a) bez pola elektrycznego
(1911)
Fw
Fo
P
P = ciężar,
z
Fw=siła wyporu,
F0=siłą oporu (lepkość cieczy),
Kropla opada ruchem jednostajnym bez pola
elektrycznego.
mz  mg  kv0  Fw .
Zastosowania
12
b) po włączeniu pola elektrycznego
Kropla unosi się do góry ruchem jednostajnym
z
Fw
FE
Fo
P

E
mz  mg  kvd  Fw  qE ,
 kv0  Fw  kvd  Fw  qE ,
k v0  vd   qE.
k v0  vd 
q
,
E
19
q  n 1.6 10 C.
Zastosowania
13
 me 
me     e 
 e 
kg
 5.68 10
1.6 10 19 C  9.110-31 kg,
C
me  9.110 31 kg,
12
 mp 
mp     ep 
e 
 p
kg
 1.043 10
1.6 10 19 C  1.67 10-27 kg,
C
m p  1.67 10 27 kg,
8
mp
me
 1836.
Zastosowania
14
z CERN Courier, vol. 8, 2002
15
Rys. 1. Wynik doświadczenia A.Bucherera
(pomiar e/m) dla elektronów. Dla wartości
v/c1 e/m maleje wraz ze wzrostem v.
Zastosowania
16
Rys. 2. „Poprawione” wyniki A.Bucherera.
Zamiast e/m
na
osi
rzędnych
zaznaczone
e
e
8

,
c

3

10
m/s.
jest:
2

 m0
v
 m  1 2 
c  17

Rys. 3. Wykres
Zastosowania
e
e

m m0
2
v
1
jako funkcji v/c.
c2
18
Rys. 4. Porównanie funkcji e/m i wyników
A. Bucherera
Zastosowania
19
m
m0
1 v
2
c2
Rys. 5. Wnioski z doświadczenia A.Bucherera [Po raz pierwszy
zależność masy cząstki od jej prędkości rozważał H. Poincaré: Sur la
dynamique de l’electron. Comptes rendus hebd. de seances de
l’Academie de Sciences Paris 1905, vol. 140, p. 1504]:
20
Rys. 6. Dynamika I.Newtona źle opisuje ruch szybkich
elektronów (v/c1) w polu elektromagnetycznym.
21
Tabela 1
Stałe fizyczne
Wartość
Prędkość światła c
2.8 108 m/s
Masa elektronu
10-31 kg
Masa protonu
1.67 10-27 kg
Masa studenta
70 kg
Liczba protonów,
22
3.4. Doświadczenie E. H. Halla
(~1900)
Gęstość elektronów w ciałach stałych:
Zastosowania
23
Zastosowania
24
qvB  qE  0,
EH
v
.
B
Zastosowania
25
j = gęstość prądu,
q = ładunek,
n = gęstość nośników w próbce,
EH
nvq  q
n  j,
B
jB
EH 
.
qn
Zastosowania
26
Wniosek 1
Pole elektryczne Halla jest
proporcjonalne do indukcji
magnetycznej B.
Zastosowania
27
Definicja: Stała Halla
EH
1
RH 
 .
jB qn
Dla elektronów:
q  e,
1
RH   .
ne
Zastosowania
28
Wniosek 2
Wartość stałej Halla zależy jedynie od
gęstości elektronów w „pudełku”.
Doświadczenie Halla pozwala wyznaczyć
wartość liczbową n.
Zastosowania
29
3.5. Podsumowanie i wnioski.
Własności materii
a. Masy podstawowych składników materii, v<<c:
me  10
30
kg,
m p  10
 27
kg,
mp
me
Zastosowania
 10 .
3
30
b. Gęstość elektronów w ciałach stałych:
3
n ~ 10  10 cm .
16
20
c. Liczba protonów (atomów) w grudce
materii o masie M:
M
N 
.
mp
Zastosowania
31
d. Własności cząstek elementarnych zmieniają się,
gdy v  c.
Definicja energii całkowitej cząstki o masie m0:
E
m0 c 2
v2
1 2
c
 m0 c 2 ,
v
gdy  0.
c
Dla elektronów:
m0  10
Zastosowania
30
Dla protonów:
m 0  10
kg.
32
27
kg.
To jest ostatni slajd rozdziału pt. „Zastosowania”.
Możesz:
•przejść do „Spisu treści” i wybrać kolejny rozdział,
•wrócić do materiału zawartego w tym rozdziale,
•zakończyć pokaz .
Spis treści
Koniec
pokazu
33