La scoperta dell’elettrone

Raggi catodici e esperienza di Thompson

Catodo

Anodo

Schermo al fosforo

Applicando un alto voltaggio a un gas rarefatto si osserva una regione illuminata sullo schermo

Tesi: il catodo emette qualcosa che può viaggiare fino allo schermo: i raggi catodici

Layout esperienza:1. Tubo a raggi catodici2. Armature di un condensatore per generare un campo elettrico3. Spire per generare un campo magnetico

Le armature e le spire sono in grado di deflettere i raggi catodici (forza elettrostatica e forza di Lorentz).

Esperienza di Thompson

Analizzando la deflessione si osserva che i raggi catodi in realtà sono particelle cariche negativamente

r

vmevB

2

Br

v

m

e

B

Ev

evBeE

rB

E

m

e2

Forza di Lorentz:

Forze agenti sulla traiettoria b:

Esperienza di Millikan

Obiettivo: determinare la carica dell’elettrone

Un olio minerale viene nebulizzato su un condensatore. Le gocce elettricamente cariche risentono del campo elettrico presente fra le armature.

Quando la goccia è sospesa nell’aria si ha:

mgqE

Si osserva:1. La carica è un multiplo intero di una carica e2. La carica e è uguale a 1.61*10-19 C

Effetto HallUn materiale conduttore percorso da corrente viene sottoposto a un campo magnetico.La forza di Lorentz generata dal campo magnetico devia i portatori di carica.

Agli estremi del conduttore si genera un campo elettrico, detta tensione di Hall, pari a :

BeveE dH

Se il conduttore è spesso d si ha:

BdvdEV dHH

La polarità della tensione di Hall permette di identificare il segno dei portatori di carica nel materiale

Consideriamo l’equazione della corrente:

AnevI d

neA

Bd

I

VR HH

E’ possibile ricavare una grandezza RH, detta resistività di Hall inversamente proporzionale al numero di portatori di carica

Spettrometro di massa

Strumento in grado di misurare la massa di una particella/elemento/composto

Le particella ionizzata attraversa un selettore di velocità dal quale esce con velocità v

Successivamente entra in un’area in cui è presente un campo magnetico B’

ErqBBm /'

Misurando la curvatura della particella è possibile ricavarne la massa

B

Ev

Campi magnetici e fenomeni d’isteresi

Il campo magnetico generato da un solenoide è pari a:

Se all’interno del solenoide, al posto del vuoto, c’è un materiale ferromagnetico

nIB 00

nIB

Paramagnetismo e diamagnetismo

HB m )1(0

Nel caso del paramagnetismo un campo magnetico esterno orienta i dipoli magnetici all’interno del materiale. Il campo magnetico risultante è:

Quando si va a “spegnere” il campo magnetico esterno i dipoli tornano ad essere orientati in modo casuale

Il campo magnetico in un materiale diamagnetico presenta la stessa formula del caso param. Ma il segno di Χm è negativo: in pratica un materiale diamagnetico si oppone al campo magnetico esterno.

Questo avviene perché le molecole non hanno un momento di dipolo permanente.

Appendice: Millikan

L’equazione del moto della goccia è: rvgmma 6'

grgm a3

3

4)(' dove:

A regime la resistenza eguaglia la forza peso:

9

)(2

6

' 2

0

gr

r

gmv a

In presenza del campo elettrico:

rvqEgmma 6'

La velocità di caduta risulta quindi:

r

qEvv

601

Da cui si ricava:

qr

Ev

61