Ένα πείραμα για τη μέτρηση του λόγου e/m του ηλεκτρονίου με τη βοήθεια του Tracker και μιας λυχνίας τύπου "magic eye".
Αναλυτικά η περιγραφή της διάταξης, του πειράματος και της διαδικασίας εδώ: https://tinyurl.com/4m27vkzt.
Το υλικό του πειράματος θα το βρείτε εδώ: https://tinyurl.com/mtfyka9w. Τάση ανόδου V=200 V και ένταση μαγνητικού πεδίου B = 5.91 mT.
Επιπλέον υλικό εδώ: https://tinyurl.com/3pzf4y6w .
Οι ηλεκτρονικές λυχνίες τύπου "magic eye" μεταξύ 1930-1960 χρησιμοποιήθηκαν ως ενδεικτικά στάθμης σήματος σε ραδιοφωνικούς δέκτες και άλλες συσκευές. Ουσιαστικά πρόκειται για τρίοδες λυχνίες, στις οποίες έχουν προστεθεί δύο ακόμη ηλεκτρόδια: ο επιστρωμένος με φθορίζον υλικό "στόχος", στον οποίο χτυπούν τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται από την κάθοδο με αποτέλεσμα να εκπέμπει πρασινωπό φως και το ηλεκτρόδιο εκτροπής, που ανάλογα με την τάση στο πλέγμα της λυχνίας αυξάνει ή μειώνει την επιφάνεια του στόχου στην οποία δε φτάνουν ηλεκτρόνια και συνεπώς παραμένει σκοτεινή.
 |
| Η λυχνία 6Ε5C και τα βασικά της λειτουργίας της. Φαίνεται ο κωνικός "στόχος", τον οποίο διαπερνά η θερμαινόμενη κάθοδος, ενώ πολύ κοντά στην κάθοδο και σε αγώγιμη επαφή με την άνοδο τοποθετείται το ηλεκτρόδιο εκτροπής. Στην κορυφή τους η κάθοδος και το ηλεκτρόδιο εκτροπής καλύπτονται από μεταλλικό δίσκο. Η λειτουργία της λυχνίας απαιτεί σύνδεση της ανόδου μέσω αντίστασης 1 MΩ στην υψηλή τάση (το ανώτερο 250 V), σύνδεση του στόχου απευθείας στην υψηλή τάση και μικρή αρνητική τάση (μεταβαλλόμενη) στο πλέγμα. Όταν η άνοδος διαρρέεται από ρεύμα, το δυναμικό της καθώς και το δυναμικό του ηλεκτροδίου εκτροπής είναι μικρότερο από το δυναμικό του "στόχου" και τα ηλεκτρόνια εκτρέπονται από την ευθύγραμμη πορεία τους με αποτέλεσμα την αύξηση του σκιασμένου τμήματος του "στόχου". Όταν η λυχνία είναι σε αποκοπή (γι' αυτό απαιτείται μικρή αρνητική τάση ~-8V στο πλέγμα), η άνοδος, το ηλεκτρόδιο εκτροπής και ο "στόχος" έχουν κοινό δυναμικό και δεν υπάρχει εκτροπή της δέσμης των ηλεκτρονίων κατά την πορεία τους από την κάθοδο προς το "στόχο". |
Η ιδέα της εκπαιδευτικής χρήσης της είναι απλή: Θα βάλουμε μια λυχνία τύπου "magic eye" (6E5C), ως πυρήνα σε ένα πηνίο. Έτσι τα ηλεκτρόνια στην πορεία τους από την κάθοδο προς το φθορίζοντα στόχο, θα κινούνται μέσα στο μαγνητικό πεδίο του πηνίου με αποτέλεσμα την καμπύλωση της τροχιάς τους.
Στο βίντεο επιδεικνύεται η καμπύλωση της τροχιάς των ηλεκτρονίων (στο όριο σκιασμένης-φωτεινής περιοχής του "στόχου") καθώς αυξάνουμε το ρεύμα στο πηνίο και συνεπώς αυξάνουμε και το μαγνητικό πεδίο μέσα στο οποίο κινούνται τα ηλεκτρόνια.
Θα ακολουθήσουν και άλλα πειράματα με τη λυχνία με τελικό στόχο μετρήσεις, ώστε να προσδιορίσουμε το λόγο e/m του ηλεκτρονίου.
Ο σωλήνας De La Rive, αν και χρονικά προηγήθηκε, είναι κατά βάση ένας σωλήνας Geissler, περιέχει δηλ. αέριο υπό χαμηλή πίεση. Έχει όμως σχεδιαστεί, ώστε να συνδυάζεται με ένα πηνίο και σιδηροπυρήνα, ο οποίος διαπερνά την κάθοδο του σωλήνα. Κατ' αυτό τον τρόπο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επίδειξη της περιστροφής της δέσμης των ηλεκτρονίων γύρω από το παραγόμενο μαγνητικό πεδίο, λόγω δύναμης Lorentz.
Είχα εδώ και καιρό βρει στην αποθήκη του σχολείου δύο τέτοιους σωλήνες, ο ένας δυστυχώς σπασμένος, και πρόσφατα, αν και ετοιμαζόμουν να φτιάξω ως ιδιοκατασκευή τη συνοδευτική μαγνητική βάση, βρήκα εν τέλει και τη δική του βάση με το πηνίο και το σιδηροπυρήνα.
Στο βίντεο οι πρώτες δοκιμές μου: Χρειάζεται ρύθμιση του ρεύματος στο πηνίο περί τα 5 Α και προσεκτική ρύθμιση της τάσης με την οποία τροφοδοτείται ο σωλήνας (από πηνίο Ruhmkorff).
Μπορεί να επιδειχθεί και η αλλαγή της φοράς περιστροφής της δέσμης, αν αλλάξουμε τη φορά του ρεύματος στο πηνίο. Η περίπτωση τροφοδοσίας του πηνίου με χαμηλής συχνότητας (~0,5 Ηz) εναλλασσόμενη τάση αποδείχτηκε δυσκολότερη, ίσως γιατί η εργαστηριακή γεννήτρια συχνοτήτων δεν παρουσιάζει την απαιτούμενη σταθερότητα της τάσης.
Την Τετάρτη 10/12 επισκέφτηκα το Δημοτικό Σχολείο Νέας Σελεύκειας και παρουσίασα σειρά πειραμάτων στατικού ηλεκτρισμού με τη γεννήτρια Van De Graaff.
Ένα απλό πείραμα διασκεδασμού: Οι παράλληλες δέσμες φωτός από ένα κόκκινο και ένα ιώδες LASER πέφτουν σε πρίσμα και εκτρέπονται κατά διαφορετική γωνία (ανάλυση φωτός). Μπορούμε με το μοιρογνωμόνιο του Tracker να μετρήσουμε τη γωνία εκτροπής κάθε δέσμης.
Ένα βίντεο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί κατά τη διδασκαλία της ανακάλυψης του ηλεκτρονίου. Σε σωλήνα Crookes δημιουργούνται καθοδικές ακτίνες με τη βοήθεια πηνίου Ruhmkorff. Οι ακτίνες εκτρέπονται από την ευθύγραμμη πορεία τους όταν πλησιάσουμε ένα μαγνήτη (πρώτα το Βόρειο και μετά το Νότιο πόλο του).
