(الجهاز المستخدم لحساب نسبة شحنة الإلكترون إلى كتلته )
قياس نسبة شحنة الإلكترون إلى كتلته (e/m)
تعد نسبة شحنة الإلكترون إلى كتلته (e/m) من الخصائص الأساسية للإلكترونات، وهي ضرورية لفهم سلوكها في المجالات الكهرومغناطيسية. تُستخدم العديد من الأجهزة لقياس نسبة الشحنة إلى الكتلة للإلكترونات، لكل منها مبادئه وطرق تشغيله الفريدة.
أنبوب أشعة المهبط (CRT)
يعتمد أنبوب أشعة المهبط على انحراف حزمة الإلكترونات في المجالات الكهربائية والمغناطيسية. يتم تسريع الإلكترونات من الكاثود إلى الأنود، ويتم انحرافها بواسطة مجال مغناطيسي عمودي على حركتها. من خلال قياس مقدار الانحراف، يمكن حساب نسبة الشحنة إلى الكتلة للإلكترونات.
مقياس الكتلة الطيفي (MS)
يستخدم مقياس الكتلة الطيفي مجالًا مغناطيسيًا لفصل الأيونات ذات الكتل المختلفة. يتم تسريع الأيونات إلى طاقة حركية عالية، ويتم انحرافها في مجال مغناطيسي. يتم الكشف عن الأيونات المنفصلة حسب كتلتها إلى شحنتها، مما يسمح بحساب نسبة الشحنة إلى الكتلة للإلكترونات.
مكشاف ويلسون السحابي
يوفر مكشاف ويلسون السحابي بيئة مشبعة بالبخار. عندما تمر الإلكترونات عالية الطاقة عبر الحجرة، فإنها تؤين جزيئات الغاز، مما يخلق مسارات من الأيونات. يتكثف بخار الماء على طول مسارات الأيونات، مما يجعلها مرئية. من خلال قياس انحناء هذه المسارات في المجالات المغناطيسية والكهربائية، يمكن حساب نسبة الشحنة إلى الكتلة للإلكترونات.
ذبابة الوقت
تستخدم ذبابة الوقت مجالًا مغناطيسيًا موحدًا وإشارات كهربائية متناوبة لاحتجاز الإلكترونات في مسار دائري. يتم قياس فترة الدوران للإلكترونات، والتي تعتمد على نسبة الشحنة إلى الكتلة للإلكترونات. توفر ذبابة الوقت نتائج عالية الدقة لنسبة الشحنة إلى الكتلة.
مقياس الكتلة الزمني
يعمل مقياس الكتلة الزمني على أساس مبدأ مرور الإلكترونات عبر سلسلة من الحقائق المعدنية. يتم قياس أوقات المرور هذه، ويتم استخدامها لحساب نسبة الشحنة إلى الكتلة للإلكترونات. تتميز أجهزة قياس الكتلة الزمنية بدقة عالية وتعدد الاستخدامات.
مسرع الجسيمات
تُستخدم مسرعات الجسيمات لتسريع الإلكترونات إلى طاقات عالية للغاية. من خلال قياس منحنيات مسارات الإلكترونات في المجالات المغناطيسية، يمكن حساب نسبة الشحنة إلى الكتلة للإلكترونات بدقة عالية. توفر مسرعات الجسيمات بيانات قيمة لفهم الخصائص الأساسية للإلكترونات.
التطبيقات
تُستخدم نسبة شحنة الإلكترون إلى كتلته في مجموعة واسعة من التطبيقات، بما في ذلك:
- تصميم أجهزة الإلكترونيات
- فيزياء الجسيمات
- تحليل المواد
- تشخيص السرطان
- النانوتكنولوجيا
من خلال قياس نسبة شحنة الإلكترون إلى كتلته بدقة، يمكن للباحثين اكتساب فهم أفضل للخصائص الأساسية للإلكترونات واستخدامها في التطبيقات التكنولوجية.