현대물리학실험 | Cathode Ray Tube

 

 

 

TIP

 

 

1. 자기장과 전기장이 전자의 운동에 미치는 영향을 관찰하고 전자의 질량과 전하량의 비율 e/m을 측정하는 것이다.
2. CRT, 함수발생기, 오실로스코프의 사용방법 숙지하는 것이다.

 

 

 

1. Lorentz force

전하량 Q 로 대전된 입자가 자기장 B안으로 속도 V 로 입사각 θ 로 들어갔을 때 이 입자가 받는 힘. F = QVBsinθ

 

2. Electric force

전기력 = F = QE (E = 전기장)

 

3. Helmholtz coil

아래 그림과 같이 원형 도선으로 같이 감은수 n 인 원형 코일 2 개를 만든 후, 코일 사이의 간격을 코일의 반경과 동일하게 구성하면, 두 코일 사이의 공간에서는 균일한 자기장이 생 성된다. 이를 헬름홀츠 코일(Helmholtz coil)이라고 한다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 음극선관(cathode ray tube) 와 전원장치를 연결해서 전자를 방출한다.

 

2) 전기장이 전자의 운동에 미치는 영향을 알아본다.

① 편향판의 전압이 전자빔을 어떤 방향으로 얼마만큼 움직이게 하는지를 알아보기 위해 가속 전압을 고정시킨 후 , 편향판의 전압을 + 방향 5가지 , -방향 5가지로 바꾸면서 전자빔이 움직인 방향과 거리를 측정한다.

② 데이터와 비교하여 가속 전압이 전자빔에 미치는 영향을 알아보기 위해 가속 전압을 120, 140, 160, 180(V) 로 변화시키면서 실험을 반복한다.

 

3) 함수발생기와 오실로스코프의 사용방법에 대해서 배워보자.

① 편향판에 함수발생기를 연결시켜서 주파수를 고정한채 진폭을 바꾸면서 또 파형을 정현파로 선택하고 스크린의 전자 빔을 관찰한다. 스크린의 빔의 주기와 진폭을 측정

② 편향판에 연결했던 함수발생기를 CRT 형 오실로스코프에 연결해서 주파수와 진폭 측정, ①과 비교한다.

③ 함수발생기의 파형을 구형파와 삼각파로 변화시키면서 반복 실험

 

4) 이번엔 자기장이 미치는 영향을 알아보도록 한다.

① CRT 양 옆에 솔레노이드 코일을 설치하여 DC 전원 장치를 연결, 전압을 변화시키면서 CRT에 걸리는 자기장의 세기를 측정 , 솔레노이드 이론값과 비교한다.

② 앞에 전기장 실험과 마찬가지로 처음엔 가속전압을 고정시키고 편향판에 걸리는 압력을 바꿔주면서 추가로 솔레노이드 코일에 의해 가해지는 자기장의 세기를 변화시키며 전자 빔의 이동 방향과 거리를 측정한다. 데이터와 비교하면 , 자기장의 세기에 따른 효과를 알아낼 수 있다. (편향판 전기장 10가지, 자기장 5가지, 총 50번 측정)

③ 자기장의 방향을 반대로 바꾼 후 반복.

④ 솔레노이드 코일을 제거한 후, CRT 를 다양한 방향으로 옮기며 전자 빔의 이동을 관측한다. (지구 자기장의 방향과 크기를 알아내기 위해)

 

5) CRT 를 솔레노이드 안에 넣으면 CRT 가 전자가 방출되면 전자가 F = qvB×sin(θ) 로 힘을 받아서 꺾이는데 초속도 방향과 수직방향의 힘을 받기 때문에 원운동하게 되는데 수평방향 속도 더해져서 helical motion 이라는 독특한 운동을 보여준다.

 

6) 매뉴얼을 보면 전기장도 걸어주는데 전기장 까지 영향을 받으면 전기장은 전자의 방향이 아닌 전하에만 관계가 있어서 한 방향으로 계속 힘을 받을텐데, 한뱡항으로 휘는 힘이 계속 작용하는데 내려갔다가 다시 올라와야 될텐데, 전기장때문에 helical motion 이 되는지가 의문이다. 전기장은 약하게 걸거나 제거를 하는 편이 맞지 않을까 , helical motion 실험은 실험을 해봐야 알 것 같다.

 

 

 

[현대물리학실험]Cathode Ray Tube 레포트