Μέτρηση του λόγο e/m του ηλεκτρονίου

Το πείραμα μέτρησης του λόγου e/m του ηλεκτρονίου με τη συσκευή (καθοδικό σωλήνα) που υπάρχει στα σχολικά εργαστήρια  πάντα το θεωρούσα και ακόμη το θεωρώ ακατάλληλο για το Λύκειο:

1. Βασίζεται στην ελικοειδή κίνηση των ηλεκτρονίων μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο, ενώ κατά τη γνώμη μου το πρώτο και θεμελιώδες βήμα για τη μελέτη τέτοιων φαινομένων είναι η μελέτη  της κυκλικής κίνησης των φορτίων μέσα στο μαγνητικό πεδίο. Τέτοια διάταξη έπρεπε να έχουμε!

2. Ο μαθητής δεν έχει εποπτική εικόνα της ελικοειδούς κίνησης των ηλεκτρονίων, παρά μόνο βλέπει το ίχνος της έλικας στην οθόνη, δηλ. ένα ΜΟΝΟ σημείο!

3. Το χειρότερο, πάντα κατά τη γνώμη μου, είναι ότι η άσκηση βασίζεται στην παραδοχή ότι περιστροφή του ίχνους των ηλεκτρονίων κατά 90° στην οθόνη αντιστοιχεί σε περιστροφή του ηλεκτρονίου κατά 180° στην προβολή της κίνησης σε επίπεδο κάθετο στον άξονα του καθοδικού σωλήνα (εκεί δηλ. που η κίνηση φαίνεται κυκλική!). Και το λέω παραδοχή, αν και πρόκειται για γεγονός, επειδή στις οδηγίες που συνοδεύουν τη διάταξη δεν υπάρχει κανενός είδους τεκμηρίωση, αφήνοντας τους μαθητές να καταναλώνουν τον περισσότερο χρόνο για την κατανόηση της πειραματικής διαδικασίας και στερώντας τους χρόνο από την κατανόηση του βασικού φαινομένου.

Για όλους αυτούς τους λόγους δεν είχα ασχοληθεί ιδιαίτερα με το πείραμα αυτό ή να το πω καλύτερα είχα πολλά χρόνια να ασχοληθώ, μέχρι που τελευταία αποφάσισα να το ξαναδώ. Σαν οδηγό για την πειραματική διαδικασία χρησιμοποίησα τις οδηγίες που συνοδεύουν τη διάταξη (https://panekfe.gr/.../zigos-reymatos-metrisi-logou-em...) ή τα φύλλα εργασίας της Γεωργίας Παπαγεωργάκη από το ΕΚΦΕ Αλίμου (http://ekfe-alimou.att.sch.gr/page-14.html).

Για τη διευκρίνηση του "περιστροφή του ίχνους κατά 90° στην οθόνη αντιστοιχεί σε περιστροφή του ηλεκτρονίου κατά 180°" έφτιαξα ένα μικρό βίντεο, το οποίο και ανεβάζω εδώ.

Στο βίντεο:

• Ο είναι το σημείο εισόδου της δέσμης ηλεκτρονίων στο μαγνητικό πεδίο, μετά την έξοδό τους από τα πλακίδια οριζόντιας απόκλισης.
• Α είναι το σημείο της οθόνης (κέντρο) στο οποίο χτυπάνε τα ηλεκτρόνια όταν δεν είναι ενεργοποιημένα ούτε το ηλεκτρικό πεδίο στα πλακίδια απόκλισης ούτε το μαγνητικό πεδίο.
• Η μωβ διακεκομμένη γραμμή είναι η πορεία που ακολουθούν τα ηλεκτρόνια μετά την εξόδό τους από τα πλακίδια απόκλισης, αν δεν υπάρχει μαγνητικό πεδίο στο σωλήνα.
• Η μπλε γραμμή στην περιφέρεια του ημιδιαφανούς κυλίνδρου παριστάνει την ελικοειδή κίνηση των ηλεκτρονίων με ενεργοποιημένα και τα δύο πεδία.
• Η αρίθμηση είναι σε αυθαίρετες μονάδες, και οι αναλογίες "τραβηγμένες" για την καλύτερη απεικόνιση του φαινομένου.
• Στο τελευταίο καρέ (απολύτως απαραίτητο για τη διευκρίνηση της παραδοχής) φαίνονται: Ε το ίχνος της δέσμης αν δεν υπάρχει μαγνητικό πεδίο (αλλά μόνο το ηλεκτρικό στα πλακίδια) και Ζ το ίχνος της έλικας στην οθόνη  (ΑΕ και ΑΖ κάθετες).