یه سوال!!!

سلام بر همه ی فیزیکی های عزیز

خب یکی از دوستان سوالی را در مورد دو تا پست قبل یعنی همون آزمایش تامسون ارائه کردند که من البته جواب ایشان رو ارسال کردم اما می خواستم بدونم کسی می تونه به این سوال جواب بده یا اصلا جوابهای دیگه ای هم هست؟

سوال جناب فیزیکی عزیز این بود:

چرا تامسون نتونست در همون بار اول بار و جرم الکترون رو به تنهایی اندازه بگیره و تنها نسبتشونو اندازه گیری کرد؟؟؟

منتظر پاسخ های شما در نظرات هستم

آزمایش تامسون ( محاسبه نسبت بار به جرم الکترون )

با سلام و عرض خسته نباشید خدمت دوستان گرامی

یکی از دوستان سوالی را مطرح کردند که برای جواب به این دوست عزیز پست حاضر تقدیم شما گرامیان می شود:

آزمایش تامسون ( محاسبه نسبت بار به جرم الکترون ) 

در آزمایش تامسون از اثر میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی استفاده شده است. دستگاهی که در این آزمایش مورد استفاده قرار گرفته است از قسمتهای زیر تشکیل شده است:

الف ) اطاق یونش که در حقیقت چشمه تهیه الکترون با سرعت معین می باشد بین کاتد و آند قرار گرفته است. در این قسمت در اثر تخلیه الکتریکی درون گاز ذرات کاتدی ( الکترون ) بوجود آمده بطرف قطب مثبت حرکت می کنند و با سرعت معینی از منفذی که روی آند تعبیه شده گذشته وارد قسمت دوم می شود. اگر بار الکتریکی q  تحت تاثیر یک میدان الکتریکی بشدت E  قرار گیرد، نیروییکه از طرف میدان بر این بار الکتریکی وارد می شود برابر است با:      

F= q.E

 در آزمایش تامسون چون ذرات الکترون می باشند q = -e بنابراین:

F= -eE  

از طرف دیگر چون شدت میدان E  در جهت پتانسیلهای نزولی یعنی از قطب مثبت بطرف قطب منفی است بنابراین جهت نیرویF   در خلاف جهت یعنی از قطب منفی بطرف قطب مثبت می باشد. اگرx  فاصله بین آند و کاتد باشد کار نیروی F در این فاصله برابر است با تغییرات انرژی جنبشی ذرات . از آنجاییکه کار انجام شده در این فاصله برابراست با مقدار بار ذره در اختلاف پتانسیل موجود بین کاتد وآند بنابراین خواهیم داشت

ev₀ =½m₀v²

که در آن  v₀    اختلاف پتانسیل بین کاتد و آند e  بار الکترون  v  سرعت الکترون و  m₀  جرم آن می باشد. بدیهی است اگر v₀  زیاد نباشد یعنی تا حدود هزار ولت رابطه فوق صدق می کند یعنی سرعت الکترون مقداری خواهد بود که می توان از تغییرات جرم آن صرفنظ نمود . بنابراین سرعت الکترون در لحظه عبور از آند بسمت قسمت دوم دستگاه برابر است با:

v = √(2e v₀/ m₀)

 

ب) قسمت دوم دستگاه که پرتو الکترونی با سرعت v وارد آن می شود شامل قسمتهای زیر است :

 

 

1- یک خازن مسطح که از دو جوشن  A  وB  تشکیل شده است اختلاف پتانسیل بین دو جوشن حدود دویست تا سیصد ولت می باشد اگر پتانسیل بین دو جوشن را به v₁   و فاصله دو جوشن را به d   نمایش دهیم شدت میدان الکتریکی درون این خازن E = v₁/d   خواهد بود که در جهت پتانسیلهای نزولی است.

 

2- یک آهنربا که در دو طرف حباب شیشه ای قرار گرفته و در داخل دو جوشن خازن: یک میدان مغناطیسی با شدت B  ایجاد می نماید . آهنربا را طوری قرار دهید که میدان مغناطیسی حاصل بر امتداد ox   امتداد سرعت - و امتداد  oy امتداد میدان الکتریکی - عمود باشد.

 

پ) قسمت سوم دستگاه سطح درونی آن به روی سولفید آغشته شده که محل برخورد الکترونها را مشخص می کند.

وقتی الکترو از آند گذشت و وارد قسمت دوم شد اگر دو میدان الکتریکی و مغناطیسی تاثیر ننمایند نیرویی بر آنها وارد نمی شود لذا مسیر ذرات یعنی پرتو الکترونی مستقیم و در امتداد ox   امتداد سرعت ) خواهد بود و در مرکز پرده حساس p یعنی نقطه  p₀ اثر نورانی ظاهر می سازد.

اگر بین دو جوشن خازن اختلاف پتانسیلv₁ را برقرار کنیم شدت میدان الکتریکی دارای مقدار معین E خواهد بود و نیروی وارد از طرف چنین میدانی بر الکترون برابر است با   F_E = e E  این نیرو در امتداد  oy و در خلاف جهت میدان یعنی از بالا به پایین است.

 

میدان مغناطیسی B  را طوری قرار می دهند که برسرعتv   عمود باشد . الکترون در عین حال در میدان مغناطیسی هم قرار می گیرد و نیرویی از طرف این میدان بر آن وارد می شود که عمود بر سرعت و بر میدان خواهد بود . اگر این نیرو را بصورت حاصلضرب برداری نشان دهیم برابر است با:

   F_M = q.(VXB)

در اینجا q = e    پس:

F_M = q.(VXB)

و مقدار عددی این نیرو مساوی است با  F = e v B   زیرا میدان B   بر سرعت v   عمود است یعنی زاویه بین آنها 90 درجه و سینوس آن برابر واحد است. اگر میدان B     عمود بر صفحه تصویر و جهت آن بجلوی صفحه تصویر باشد امتداد و جهت نیروی F_M در  جهت  oy یعنی در خلاف جهت F_E خواهد بود. حال میدان مغناطیسی B  را طوری تنظیم می نمایند کهF_E = F_M  گردد و این دو نیرو همدیگر را خنثی نمایند. این حالت وقتی دست می دهد که اثر پرتو الکترونی روی پرده بی تغییر بماند پس در این صورت خواهیم داشت:

         F_M = F_E

        e.v.B = e E

        v = E/ B

چون مقدار E و B  معلوم است لذا از این رابطه مقدار سرعت الکترون در لحظه ورودی به خازن بدست می اید . حال که سرعت الکترون بدست آمد میدان مغناطیسی B  را حذف می کنیم تا میدان الکتریکی به تنهای بر الکترون تاثیر نماید . از آنجاییکه در جهت ox  نیرویی بر الکترون وارد نمی شود و فقط نیروی F_E  بطور دائم آنرا بطرف پایین می کشد لذا حرکت الکترون در داخل خازن مشابه حرکت پرتابی یک گلوله در امتداد افقی می باشد و چون سرعت الکترون را نسبتا کوچک در نظر می گیریم معادلات حرکت الکترون ( پرتو الکترونی ) در دو جهت ox و oy  معادلات دیفرانسیل بوده و عبارت خواهد بود از  

m₀(d²x /dt²)/span>=0     در امتداox 

  m₀d²y /dt²)=e. E      در امتداoy

با توجه به اینکه مبدا حرکت را نقطه ورود به خازن فرض می کنیم اگر از معادلات فوق انتگرال بگیریم خواهیم داشت:

y=(1/2)(e.E)t²/m₀

x=v.t

 معادلات فوق نشان می دهد  که مسیر حرکت یک سهمی است و مقدار انحراف پرتو الکترونی از امتداد اولیه (ox  )  در نقطه خروج از خازن مقدار  y  در این لحظه خواهد بود . اگرطول خازن را به L  نمایش دهیم x = L    زمان لازم برای سیدن به انتهای خازن عبارت خواهد بود از t = L / v  اگر این مقدار  t  را در معادله y   قرار دهیم مقدار انحراف در لحظه خروج از خازن به دست می آید:

     Y =  ½ e( E/m₀) ( L/ v )²

     e/ m₀ = ( 2y/ E ) ( v/ L )²

که در آن v سرعت الکترون که قبلا بدست آمده است. L و E بترتیب طول خازن و شدت میدان الکتریکی که هر دو معلوم است پس اگر مقدار y را اندازه بگیریم بار ویژه یا e/m₀  محاسبه می شود.

 پس از خروج الکترون از خازن دیگر هیچ نیرویی بر آن وارد نمی شود بنابراین از آن لحظه به بعد حرکت ذره مستقیم الخط خواهد بود و مسیر آن مماس بر سهمی در نقطه خروج از خازن است . اگر a  فاصله پرده از خازن یعنی D P₀ باشد می توانیم بنویسیم:

P₀P₁ = y + DP₀ tgθ

tgθعبارتست از ضریب زاویه مماس بر منحنی مسیر در نقطه خروج از خازن و بنابراین مقدار یست معلوم پس باید با اندازه گرفتن فاصله اثر روی پرده( P₀ P₁)به مقدار y رسید و در نتیجه می توانیم e/ m₀ را محاسبه نماییم.

مقداری که در آزمایشات اولیه بدست آمده بود 10⁸×7/1 کولن بر گرم بود مقداریکه امروزه مورد قبول است و دقیقتر از مقدار قبلی است برابر 10⁸×7589/1 کولن بر گرم است.

علاوه بر تامسون، میلیکان نیز از سال 1906 تا 1913 به مدت هفت سال با روشی متفاوت به اندازه گیری بار الکترون پرداخت.

کی چی رو کشف کرد؟

به نام خدا

 

این متن مهم ترین پژوهش های انجام شده توسط دانشمندان مطرح شده در فصل اول شیمی (2) را بیان می کند که امیدوارم آنها را خوب به خاطر بسپارید:

 

کار مهم انجام شده	نام دانشمند
آب را عنصر اصلی جهان هستی می دانست.	تالس
چهار عنصر آب هوا خاک آتش را عناصر اصلی سازنده کاینات می دانست(عناصر اربعه ارسطو).	ارسطو
با انتشار کتابی به نام شیمیدان شکاک تعریف تازه ای از عنصر را بیان نمود. وی در کتاب خود عنصر را ماده ای که نمی توان آن را به مواد ساده تری تبدیل کرد معرفی کرد و شیمی را علمی تجربی نامید و از دانشمندان خواست تا افزون بر مشاهده کردن و اندیشیدن و نتیجه گیری که هر سه تنها ابزار یونانیان برای مطالعه ی طبیعت بود به پژوهش های عملی نیز اقدام کنند.	رابرت بویل
برای نخستین بار واژه ی اتم به معنای تجزیه ناپذیر را مطرح کرد و گفت که همه ی مواد از ذرات کوچک و تجزیه ناپذیری به نام اتم ساخته شده اند.	دموکریت
نخستین نظریه ی اتمی را در 7 بند ارایه کرد که البته نواقصی هم داشت.	دالتون
آزمایش ها و تحقیقات زیادی روی برقکافت ترکیب های شیمیایی فلزدار انجام داد که انجام این ازمایش ها توسط فارادی به کشف الکترون منجر شد.	مایکل فارادی
1- آزمایشات زیادی روی لوله ی پرتوی کاتدی انجام داد. 2- تامسون با تغییر جنس کاتد در لوله ی کاتدی از آهن به مس نشان داد که همه ی مواد از الکترون ها ساخته شده اند. 3- نسبت بار به جرم الکترون توسط جوزف تامسون مشخص گردید. 4- مدل الکترونی کیک کشمشی یا مدل هندوانه ای توسط جوزف تامسون ارائه شد.	تامسون
مقدار بار الکتریکی الکترون توسط رابرت میلیکان دانشمند آمریکایی تعیین شد.	میلیکان
خاصیت پرتوزایی را با تحقیق بر روی سنگ معدن اورانیم و در ماجرای فیلم عکاسی کشف کرد.	هانری بکرل
انتخاب نام پرتوزایی و مطالعه روی مواد پرتوزا به همراه همسرش پی یر کوری	ماری کوری
1- مطالعه در خاصیت پرتوزایی و کشف پرتو های آلفا و بتا و گاما و مقایسه ی جنس و بار و قدرت نفوذ هر پرتو 2- کشف هسته ی اتم(طی آزمایش معروف بمباران ورقه ی طلا) و ارائه مدل اتم هسته دار 3- محاسبه ی تقریبی قطر اتم و قطر هسته ی اتم 4- کشف پروتون	ارنست رادرفورد
کشف نوترون	جیمز چادویک
تعیین عدد اتمی عنصرها	هنری موزلی
1- طراحی چراغ بونزن 2- اختراع دستگاه طیف بین 3- کشف عناصر روبیدیم و سزیم حین انجام آزمایش روی یک سنگ معدنی لیتیم دار	رابرت بونزن
1- توجیه طیف نشری خطی هیدروژن 2- پیشنهاد مدارهای الکترونی در اطراف هسته 3- ارائه ی مدل اتمی سیاره ای یا منظومه ای	نیلز بور
ارائه ی مدل کوانتومی اتم با توجه به رفتار ذره ای و موجی الکترون و با تاکید بر رفتار موجی آن	شرودینگر
پرتوی ایکس توسط رونتگن دانشمند آلمانی کشف شد.	رونتگن
برای نخستین بار طیف نشری خطی هیدروژن را یافت و موفق به اندازه گیری دقیق طول موج هر خط شد.	آنگستروم

 

با تشکر از همراهی شما دوستان

خواهشمندم با نظرات خود ما را در راستای ارائه ی مطالب بهتر یاری کنید.

صمیمانه آرزوی شادکامی و پیروزی برای شما دارم...

فسفرسانس و فلوئورسانس

فسرسانس و فلوئورسانس پديده هايي هستند كه در آنها يك ماده خاص كه بطور عام به آن فسفر گفته ميشود پس از قرار گرفتن در مقابل نور مرئي يا غير مرئی يا حرارت ( تحريك شده ) اين انرژي را در خود ذخيره مي كند و سپس آن انرژي را بصورت طيفي از امواج مرئي در طول مدت زماني منتشر مي كند .

. اگر اين بعنوان شباهت اين دو پديده باشد تفاوت آنها در اختلاف زماني بين اين دو دريافت و تابش يا به عبارت گر دوام تابش است . اگر زمان تحريك كمتر از ۱۰ به توان ۸- ثانيه باشد، اين پديده را Fluorescent مي ناميم و اگر زمان تحريك بيش از ۱۰ به توان ۸- ثانيه باشد آن را Phosphorescent مي ناميم.به عبارتي در فسفرسنس تحريك طولاني تر و تشعشع طولاني تري داريم و در فلوئورسنس تحريك كوتاهتر تر و تشعشع كوتاهتري تري داريم.در فلوئورسانس كه نمونه آن نور مهتابي يا صفحه تلويزيون است تابش آني است و تقريبا" بلافاصله بعد از قطع نور تمام ميشود . در حالي كه در فسفرسانس ماده بعد از قطع نور نيز تا مدتي به تابش ادامه ميدهد كه مقدار آن بسته به ماده مورد استفاده مي تواند از چند ثانيه تا چندين روز طول بكشد . در فلوئورسانس برانگيختگي ميان دو تراز اصلي با انرژي هاي E1,E2 اتفاق مي افتد كه جابجايي بين أنها كاملا" أزاد است .الكترون با دريافت انرژي بر انگيخته شده وبه تراز E2 مي رود وپس از 8تا 10 ثانيه دوباره به تراز اول بر مي گردد و فتوني با انرژي E2-E1 تابش مي كند اما در فسفرسانس ماجرابدليل وجود يك تراز مياني كمي پيچيده تر است اين تراز كه مابين تراز پايه و برانگيخته قرار دارد تراز نيمه پايدار مي باشد و مانند يك دام براي الكترونها عمل ميكند به خاطر شرايط خاص اين تراز انتقال الكترون از أن به ساير ترازها ممنوع واحتمال أن بسيار كم است بنابراين چنانچه الكتروني پس از برانگيختگي از تراز E2 در دام تراز نيمه پايدار بيافتد انجا مي ماند تا زماني كه به طريقي ديگر مجددا" برانگيخته شود وبه تراز E2 برگردداين اتفاق مي تواند تحت تاثير جنبشهاي گرمايي اتمها يا مولكولهاي مجاور ويا برانگيختگي نوري روي دهد اما احتمال وقوع أن بسيار كم است به همين دليل چنين الكترونهايي تا مدتها در تراز مياني مي مانند (بسته به ساختار اتمي ماده و شرايط محيطي) وهمين عامل تاخير در باز تابش بخشي از انرژي دريافت شده است.تحريك اين ماده ها به گونه هاي مختلف انجام مي شوند: بمباران فوتوني، الكترونها، يونهاي مثبت، واكنشهاي شيميايي، گرما و گاهي اوقات ( مخصوصاً در جانداران ) تنش هاي مكانيكي... راز کرمهای شب تاب در فسفرسانس است.
برای ساختن مواد درخشنده در تاريکی بايد فسفری وجود داشته باشد که با استفاده از نور معمولی انرژی بگيرد و طول تابش ان زياد باشد.برای مثال دو فسفری که اين ويژگی ها را دارند مثل ( Zinc Sulfide ) و ( Strontium Aluminate ). که ( Strontium Aluminate ) بهتر است برای طول تابش بيشتر.
اين مواد با پلاستيک مخلوط ميکنند و مواد درخشنده در تاريکی را ميسازند.
بعضی مواقع ممکن است شما موادی را ببينيد که ميدرخشند ولی به انرژی احتياجی ندارند!يکی از ان مثالها بروی عقربه های ساعتهای گران قيمت است.درانها فسفر با يک عنصر راديو اکتيو مخلوط شده (مثل راديوم- radium) که ان عنصر با انتشار راديو اکتيو فسفر را مرتبا با انرژی ميکند.
شرحي از نحوه ي كار لامپ هاي فلوئورسنت :

در اين لامپها يك تخليه ي الكتريكي در محيطي از بخار جيوه و يك گاز خنثي ( مانند آرگون ) انجام مي شود. بخار جيوه بر اثر اين تخليه ي انرژي و جذب اين انرژي، شروع به تشعشع مي كند و طول موج اين تشعشع ۲۵۳۷ آنگستروم است كه در محدوده ي طيف UV ( فرا بنفش ) است.

از ديگر سوي، دبواره ي داخلي لامپ را با مواد فسفرسنتي پوشش مي دهند و اين مواد توسط اشعه ي UV تحريك شده، نور مرئي تابش مي كنند.
در دهه ي ۱۹۴۰ اين پوشش Zn2SiO4 (سيليكات زيركونيم) بود و از Mn بعنوان Activator استفاده مي كردند. بعدها يك محلول فسفاتي به صورت Ca5.(PO4)3.(Cl,F).Sb3+ion.Mn2+ion - كه Sb3+ion يعني يون ۳ بار مثبت آنتيموان - استفاده شد كه Activator ان، Sb ( آنتيموان ) بود.

چه موادي اين گونه هستند (نام عنصر ها) و رنگ نور انها به چه بستگي دارد؟

شماره - ماده ي زمينه - Activator - رنگ تشعشع - كاربرد
-------------------------------------------------------------- ( زمان عملكرد كوتاه )
۱ - CaWO4 - بدون Activator - آبي - لامپ آبي
۲ - Pb - CaWO4 - آبي كم رنگ - لامپ آبي
۳ - Pb - BaSi2O5 - فرا بنفش - لامپ تشعشع طولاني مدت فرابنفش
۴ - Mn - Zn2SiO4 - سبز - لامپ سبز
۵ - Pb3Mn - CaSiO3 - بين زرد و نارنجي - لامپ رنگي با كيفيت بالا
۶ - Mn - Cd2B2O5 - نارنجي / زرد - لامپ ترنر
-------------------------------------------------------------- ( زمان عملكرد طولاني )
۱ - Mn - Zn2SiO4 - زرد سبز - رادار و اسيلوگراف
۲ - Pb3Mn - CaSiO3 - نارنجي - رادار
۳ - Mn - (Zn,Be).SiO4 - سفيد - تلويزيون هاي دقيق

اينم متني براي شيمي دوم دبيرستان

با تشكر

منتظر نظرات شما هستم