La scoperta dell'elettrone
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Campi magnetici: Moto di cariche in un campo magnetico
Copertina
1.
L'alba del magnetismo
Calamite
Campo magnetico terrestre
Legge di Gauss per il magnetismo
Esperienza di Oersted
2.
Moto di cariche in un
campo magnetico
La scoperta dell'elettrone
La data di nascita dell'elettrone è il 1897, anno in cui Joseph John
Thomson (1865-1940), direttore del Cavendish Laboratory di
Cambridge osservò che i raggi catodici erano sensibili ai campi elettrici
e magnetici e che si comportavano come particelle cariche
negativamente.
Thomson progettò un esperimento per determinare le caratteristiche di
queste particelle.
Interazioni tra magneti e cariche
elettriche
Definizione di campo magnetico
Forza elettromagnetica
Campi incrociati
Cariche in moto circolare
Acceleratori di particelle
Effetto Hall
Scoperta dell'elettrone
3.
Correnti nel campo
magnetico
Filo rettilineo
Spira
Spire e magneti
4.
Legge di Ampère
Principio di equivalenza di
Ampère
Circuitazione di campo magnetico
Legge di Biot Savart
Forze tra correnti
Forza tra corrente e carica in
moto
Campo magnetico in una bobina
Proprietà magnetiche della
materia
Equazioni di Maxwell per campi
stazionari
In un tubo a raggi catodici, le particelle negative (raggi catodici) sono emesse dal catodo e sparate a
velocità elevata nel vuoto attraverso una zona d dove possono agire i campi elettrico e magnetico
incrociati, perpendicolari rispetto alla velocità.
Dopo questo tratto il fascio, eventualmente deviato, attraversa una zona di deriva molto più lunga
della precedente, fino a colpire una zona dello schermo fluorescente che si illumina nel punto colpito.
1. Con i campi spenti il fascio non è deviato e colpisce la parte centrale dello schermo.
2. Con un campo elettrico E (diretto verticalmente), il fascio è deviato verticalmente verso l'alto
o verso il basso. Si misura la deflessione verticale y che è funzione della geometria del
sistema e delle caratteristiche della particella.
3. Si regola l'intensità del campo magnetico B finché la deflessione del fascio non viene
annullata.
4. Si misura in questo modo la velocità della particella v = E/B
Dalla misura della velocità, Thomson riuscì a determinare il rapporto carica/massa in funzione di altre
grandezze dell'apparato: q/m =2 y E / B2 d2 (con y deflessione misurata con B=0)
Il valore ottenuto sperimentalmente da Thomson fu:
q/m = 1,76 1011 C/kg
Il valore trovato da Thomson risultava essere circa 2000 volte più grande di quello, conosciuto, del
rapporto carica massa dello ione idrogeno (cioè del protone). Inoltre questo valore era sempre lo
stesso indipendentemente dal materiale di cui era fatto il catodo.
Thomson ipotizzò che queste particelle negative fossero una componente di tutti gli atomi. Non
conoscendone né la massa, né la carica, erano possibili tre ipotesi:
1. le particelle negative avevano la stessa massa dei protoni, ma carica 2000 volte maggiore
2. le particelle negative avevano la stessa carica dei protoni, ma massa 2000 volte minore
3. le particelle negative avevano sia la massa sia la carica diversa da quelle dei protoni
Modello atomico a panettone.
Thomson scelse la seconda ipotesi (che poi si rivelò
giusta). Pensò anche (erroneamente) che la massa
maggiore della parte positiva dell'atomo corrispondesse
ad un volume maggiore ed immaginò un atomo in cui la
parte positiva riempiva tutto il volume a disposizione,
mentre le particelle negative (elettroni) erano piccole ed
immerse nella massa positiva come l'uvetta nel
panettone.
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