L’any 1897 el físic anglès J.J.Thompson va descobrir que, si s’escalfava un filament i es posava a l’interior d’un camp elèctric, s’il·luminava una pantalla fosforescent, de manera que del filament sortien uns raigs que va anomenar beta. Utilitzant camps magnètics va deduir que aquests raigs eren partícules de càrrega negativa i amb massa, i els va anomenar electrons.
Va repetir l’experiència amb més precisió i va trobar la relació e/m entre la càrrega i la massa dels electrons.
Avui s’accepta que aquesta relació val e/m = 1,7598×10^11 C/kg
Els alumnes de física de 1r de batxillerat han treballat en un projecte en què han recreat les experiències de J.J.Thompson i han trobat que els raigs beta són partícules negatives amb massa i també han calculat el valor de e/m
El dispositiu experimental està format per:
-. Un filament que es sotmet a un corrent elèctric i s’escalfa fins a posar-se vermell. Els electrons d’aquest filament queden lliures dels seus àtoms.
-. Una placa carregada positivament (diferència de potencial) situada a una certa distància del filament. Els electrons són atrets per la placa i s’acceleren i assoleixen altes velocitats. Els electrons xoquen contra la placa, però la placa té un petit forat, de manera que els que passen pel forat surten per l’altra banda de la placa en forma d’un raig fi.
El conjunt està dins d’una gran esfera de vidre en la qual hi ha gas neó a baixa pressió. Els electrons del feix xoquen amb els àtoms del gas i aquest emet una llum rosada. D’aquesta manera podem veure el raig d’electrons com si fos un avió que deixa l’estela a l’aire.
-. Dues bobines molt grans, anomenades bobines de Helmholtz, creen un camp magnètic uniforme perpendicular al raig d’electrons. Aquest camp magnètic exerceix una força centrípeta sobre els electrons i provoca que el raig es corbi formant una trajectòria circular.
El sentit en què es corba el feix d’electrons ens indica quina és la seva càrrega. En aquest cas es confirma que es tracta de partícules de càrrega negativa.
Els alumnes de 1r de batxillerat han deduït que la relació e/m dels electrons es calcula a partir de la diferència de potencial (velocitat dels electrons), el corrent de les bobines (camp magnètic) i el radi de la trajectòria del raig.
Una escala graduada a l’interior de l’esfera permet anar mesurant el radi de la trajectòria que segueix el feix d’electrons. Hem repetit l’experiència 35 vegades variant les magnituds anteriors, i hem obtingut en cada experiència un valor de e/m. N’hem calculat la mitjana i el resultat obtingut ha estat de 1,82×10^11 C/kg
Veiem que, respecte del valor actualment acceptat, hem comès un error d’un 3,4%, resultat francament espectacular, donat que la precisió amb la qual s’han mesurat els radis ha estat de dues xifres significatives.
En aquest enllaç podeu veure un vídeo amb l’experiència reproduïda.