DETERMINAZIONE
DI m/e
Deflessione elettrica e magnetica dei
raggi catodici

Sulle particelle di massa m dei
raggi catodici venga esercitata una forza F trasversale alla loro direzione di
moto. Le particelle acquisteranno un'accelerazione lungo tale direzione di
modulo:
a = F/m
dopo un tempo t, acquisteranno
una velocità perpendicolare al loro moto, di modulo
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Supponiamo che le particelle
abbiano tutte la stessa velocità v nella direzione originale dei raggi e che la
regione sede del campo uniforme (condensatore) abbia una lunghezza l, il tempo
che la particella impiega ad attraversare il campo è: t = l/v e la B.1 diventa:
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All'uscita dal campo (regione di
deflessione), le particelle dei raggi entrano in una "regione di
deriva" di lunghezza L, con la componente di velocità lungo questa
direzione ancora uguale a v. Il tempo trascorso nella regione di deriva è : T =
L / v (B.4). Durante questo intervallo di tempo le particelle dei raggi si
muovono anche in direzione perpendicolare alla loro direzione originaria con una
velocità Vperp, quindi il loro spostamento d dalla traiettoria originaria dei
raggi quando raggiungono la fine della regione di deriva è: d = T Vperp (B.5).
Inserendo (B.4) e (B.3) in (B.5) si ottiene

Se le particelle dei raggi
catodici hanno carica elettrica 'e', la forza elettrica esercitata su esse da un
campo elettrico E risulta essere
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che produrrà uno spostamento
dei raggi alla fine del tubo uguale a
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La forza magnetica esercitata da un campo magnetico B su una particella di carica 'e' e velocità v, è perpendicolare al campo.
Nell'esperimento di Thomson, Vperp
<< v, si può assumere per la forza magnetica la forma
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con la forza che agisce
praticamente lungo la perpendicolare alla direzione originale dei raggi. Tale
forza produce uno spostamento dei raggi alla fine del tubo uguale a

Supponiamo ora che vengano
misurati delet e dmag per determinati valori di E, B, l e L. Per ottenere il
rapporto tra la massa e la carica dell'elettrone si faccia il rapporto tra (B.10)
e (B.8). Da questo rapporto si ricavi la velocità v delle particelle nella
direzione originale in assenza di campi si otterrà

Inserendo questa espressione in (B.10) e risolvendo
rispetto ad m/e si ottiene

Questa è la formula usata per
ricavare il rapporto massa/carica delle particelle dei raggi catodici dalle
misurazioni relative alla loro deflessione in campo elettrico e campo magnetico.
Essa presuppone due misure separate, una con campo elettrico E e l'altra con un
campo magnetico B, in entrambi i casi i campi, uniformi nella zona di
deflessione e trascurabili all'esterno, sono perpendicolari alla direzione
originaria delle particelle. E' evidente, dai passaggi illustrati, che le due
misure furono necessarie per evitare la misura della velocità v delle
particelle, inoltre che la B.12 si semplifica se le due deflessioni sono uguali,
accorgimento seguito da Thomson nelle sue misure.

Uno dei tubi con i quali Joseph
John Thomson misurò il rapporto tra la massa e la carica dell'elettrone. Tubi
dello stesso tipo vennero usati per mostrare che i raggi catodici erano deflessi
da un campo elettrico.

Relazione: Testo