5.1 - Elektron

Pancaran Termion dan Sinar Katod

• Pancaran termion ialah pemancaran elektron bebas daripada permukaan logam yang dipanaskan. Pemanasan filamen tungsten membekalkan tenaga kinetik yang cukup kepada elektron bebas untuk keluar daripada permukaan logam.
• Sinar katod ialah alur elektron yang bergerak dengan kelajuan tinggi dalam vakum.

Komponen	Fungsi
Bekalan a.t. 6 V dan filamen tungsten	Memanaskan katod untuk membebaskan elektron.
Bekalan voltan lampau tinggi (V.L.T.)	Menghasilkan beza keupayaan antara katod dengan anod. Anod positif menarik dan memecutkan elektron yang terpancar.
Tiub kaca vakum	Membolehkan elektron memecut tanpa perlanggaran dengan molekul udara dan kehilangan tenaga akibat perlanggaran.
Miliammeter	Mengesan arus apabila alur elektron melengkapkan litar V.L.T.

• Jika sambungan V.L.T. disongsangkan, miliammeter tidak menunjukkan bacaan.
• Salutan barium oksida atau strontium oksida pada katod menurunkan suhu yang diperlukan untuk membebaskan elektron.
• Diod termion ialah komponen bukan Ohm; graf arus–voltannya bukan garis lurus melalui titik asalan.

Medan Elektrik dan Tiub Pemesongan

• Tiub pemesongan mengandungi katod, anod, plat pemesongan dan grid berpendarfluor. Suis $S_1$ mengawal bekalan pemanas 6 V, $S_2$ mengawal bekalan V.L.T. pemecutan, dan $S_3$ mengawal bekalan V.L.T. merentasi plat.

Keadaan	Pemerhatian dan tafsiran
$S_1$ dan $S_2$ dihidupkan	Sinar katod bergerak secara lurus.
$S_1$, $S_2$ dan $S_3$ dihidupkan	Alur elektron membentuk laluan parabola ke arah plat positif, menunjukkan sinar katod bercas negatif.
Kekutuban plat pemesongan disongsangkan	Alur elektron terpesong ke arah plat yang kini positif.

• Langkah berjaga-jaga: Jangan sentuh bahagian logam ketika bekalan V.L.T. dihidupkan. Matikan bekalan V.L.T. apabila pemerhatian tidak dilakukan.

Medan Magnet dan Tiub Palang Maltese

• Tiub palang Maltese mengandungi palang legap dan skrin berpendarfluor. Bekalan 6 V memanaskan katod; bekalan V.L.T. memecutkan elektron. Magnet bar berhampiran tiub menghasilkan medan magnet.

Keadaan	Pemerhatian dan tafsiran
Pemanas sahaja	Palang menghalang cahaya filamen panas lalu menghasilkan bayang-bayang: cahaya bergerak lurus.
Pemanas dan bekalan V.L.T. dihidupkan	Palang menghalang sinar katod lalu menghasilkan bayang-bayang; kesan berpendarfluor muncul di sekelilingnya. Sinar katod bergerak lurus serta mempunyai momentum dan tenaga kinetik.
Magnet didekatkan pada tiub yang beroperasi	Dua bayang-bayang muncul: satu daripada cahaya filamen dan satu lagi daripada sinar katod yang dipesongkan oleh medan magnet.

• Gunakan petua tangan kiri Fleming untuk menentukan arah pemesongan sinar katod.
• Langkah berjaga-jaga: Bumikan palang Maltese dengan betul. Jangan sentuh bahagian logam ketika menggunakan V.L.T.; matikan bekalan V.L.T. antara pemerhatian.

Tenaga dan Halaju Maksimum Elektron

• Elektron yang dipecut ke arah anod positif melalui beza keupayaan $V$ memperoleh tenaga elektrik $E=eV$.
• Dalam tiub vakum, elektron memecut tanpa perlanggaran dan mencapai halaju maksimum di anod.
• Menurut prinsip keabadian tenaga, tenaga keupayaan elektrik bertukar kepada tenaga kinetik maksimum:

• $e=1.6\times 10^{-19}\mathrm{C}$ ialah magnitud cas elektron; $m=9.11\times 10^{-31}\mathrm{kg}$ ialah jisim elektron.
• $V$ ialah beza keupayaan katod–anod dalam volt; $E$ dalam joule dan $v_{\text{maks}}$ dalam $\mathrm{m}{\mathrm{s}}^{-1}$.
• Bagi jisim dan cas elektron yang tetap, $v_{\text{maks}}\propto \sqrt{V}$.

Contoh Penghitungan: Pemecutan Melalui 550 V

• Alur elektron dipecut melalui beza keupayaan 550 V dalam vakum.
• Tenaga elektrik yang diperoleh:

• Tenaga kinetik maksimum juga ialah $8.8\times 10^{-17}\mathrm{J}$.
• Halaju maksimum: