آزمایش تامسون ( محاسبه نسبت بار به جرم الکتروندر آزمایش تامسون از اثر میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی استفاده شده است . دستگاهی که در این آزمایش مورد استفاده قرار گرفته است از قسمتهای زیر تشکیل شده است :الف ) اطاق یونش که در حقیقت چشمه تهیه الکترون با سرعت معین می باشد بین کاتد و آند قرار گرفته است در این قسمت در اثر تخلیه الکتریکی درون گاز ذرات کاتدی ( الکترون ) بوجود آمده بطرف قطب مثبت حرکت می کنند و با سرعت معینی از منفذی که روی آند تعبیه شده گذشته وارد قسمت دوم می شود . اگر بار الکتریکیqتحت تاثیر یک میدان الکتریکی بشدتEقرار گیرد نیروئیکه از طرف میدان بر این بار الکتریکی وارد می شود برابر است باF= q.Eدر آزمایش تامسون چون ذرات الکترون می باشندq = -eبنابراینF = -eEاز طرف دیگر چون شدت میدانEدر جهت پتانسیلهای نزولی یعنی از قطب مثبت بطرف قطب منفی است بنابراین جهت نیرویFدر خلاف جهت یعنی از قطب منفی بطرف قطب مثبت می باشد .اگرxفاصله بین آند و کاتد باشد کار نیرویFدر این فاصله برابر است با تغییرات انرژی جنبشی ذرات . از آنجاییکه کار انجام شده در این فاصله برابراست با مقدار بار ذره در اختلاف پتانسیل موجود بین کاتد وآند بنابراین خواهیم داشتev0 =½m0v2که در آنv0اختلاف پتانسیل بین کاتد و آندeبار الکترونvسرعت الکترون وm0جرم آن می باشد. بدیهی است اگرv0زیاد نباشد یعنی تا حدود هزار ولت رابطه فوق صدق می کند یعنی سرعت الکترون مقداری خواهد بود که می توان از تغییرات جرم آن صرفنظ نمود . بنابراین سرعت الکترون در لحظه عبور از آند بسمت قسمت دوم دستگاه برابر است باv = √(2e v0/ m0)ب) قسمت دوم دستگاه که پرتو الکترونی با سرعت v وارد آن می شود شامل قسمتهای زیر است1- یک خازن مسطح که از دو جوشنD1 و D2تشکیل شده است اختلاف پتانسیل بین دو جوشن حدود دویست تا سیصد ولت می باشد اگر پتنسیل بین دو جوشن را بهv1و فاصله دو جوشن را بهdنمایش دهیم شدت میدان الکتریکی درون این خازنE = v1/dخواهد بود که در جهت پتانسیلهای نزولی است .2- یک آهنربا که در دو طرف حباب شیشه ای قرار گرفته و در داخل دو جوشن خازنیک میدان مغناطیسی با شدتBایجاد می نماید . آهنربا را طوری قرار دهید که میدان مغناطیسی حاصل بر امتدادoxامتداد سرعت - و امتدادoyامتداد میدان الکتریکی - عمود باشد .پ) قسمت سوم دستگاه سطح درونی آن به روی سولفید آغشته شده که محل برخورد الکترونها را مشخص می کند .وقتی الکترو از آند گذشت و وارد قسمت دوم شد اگر دو میدان الکتریکی و مغناطیسی تاثیر ننمایند نیرویی بر آنها وارد نمی شود لذا مسیر ذرات یعنی پرتو الکترونی مستقیم و در امتدادoxامتداد سرعت ) خواهد بود و در مرکز پرده حساسpیعنی نقطهp0اثر نورانی ظاهر می سازد . اگر بین دو جوشن خازن اختلاف پتانسیلv1را برقرار کنیم شدت میدان الکتریکی دارای مقدار معینEخواهد بود و نیروی وارد از طرف چنین میدانی بر الکترون برابر است باFE = e Eاین نیرو در امتدادoyو در خلاف جهت میدان یعنی از بالا به پایین استمیدان مغناطیسیBرا طوری قرار می دهند که برسرعتvعمود باشد . الکترون در عین حال در میدان مغناطیسی هم قرار می گیرد و نیرویی از طرف این میدان بر آن وارد می شود که عمود بر سرعت و بر میدان خواهد بود . اگر این نیرو را بصورت حاصلضرب برداری نشان دهیم برابر است با :FM = q . ( v x B)در اینجاq = eپسFM = e . ( v x B)و مقدار عددی این نیرو مساوی است باF = e v Bزیرا میدانBبر سرعتvعموداست یعنی زاویه بین آنها 90 درجه و سینوس آن برابر واحد است . اگر میدانBعمود بر صفحه تصویر و جهت آن بجلوی صفحه تصویر باشد امتداد و جهت نیرویFMدرجهتoyیعنی در خلاف جهتFEخواهد بود . حال میدان مغناطیسیBرا طوریتنظیم می نمایند کهFE = FMگردد و این دو نیرو همدیگر را خنثی نمایند . این حالت وقتی دست می دهد که اثر پرتو الکترونی روی پرده بی تغییر بماند پس در این صورت خواهیم داشتFM = FEe.v.B = e Ev = E/ Bچون مقدارE و Bمعلوم است لذا از این رابطه مقدار سرعت الکترون در لحظه ورودی به خازن بدست می اید . حال که سرعت الکترون بدست آمد میدان مغناطیسیBرا حذف می کنیم ت میدان الکتریکی به تنهای بر الکترون تاثیر نماید . از آنجاییکه در جهتoxنیرویی بر الکترون وارد نمی شود و فقط نیرویFEبطور دائم آنرا بطرف پایین می کشد لذا حرکت الکترون در داخل خازن مشابه حرکت پرتابی یک گلوله در امتداد افقی می باشد و چون سرعت الکترون را نسبتا کوچک در نظر می گیریم معادلات حرکت الکترون ( پرتو الکترونی ) در دو جهتox و oyمعادلات دیفرانسیل بوده و عبارت خواهد بود ازd2xm0 ——— = 0 ox در امتدادDt2D2ym0 ——— = e . E oy در امتدادDt2با توجه به اینکه مبدا حرکت را نقطه ورود به خازن فرض می کنیم اگر از معادلات فوق انتگرال بگیریم خواهیم داشتe EY = ½——— t2m0X = v . tمعادلات فوق نشان می دهد که مسیر حرکت یک سهمی است و مقدار انحراف پرتو الکترونی از امتداد اولیه(ox )در نقطه خروج از خازن مقدارyدر این لحظه خواهد بود . اگرطول خازن را بهLنمایش دهیمx = Lزمان لازم برای سیدن به انتهای خازن عبارت خواهد بود ازt = L / vاگر این مقدارtرا در معادلهyقرار دهیم مقدار انحراف در لحظه خروج از خازن بدست می آیدY = ½ e( E/m0) ( L/ v )2e/ m0 = ( 2y/ E ) ( v/ L )2که در آن v سرعت الکترون که قبلا بدست آمده استL و Eبترتیب طول خازن و شدت میدان الکتریکی که هر دو معلوم است پس اگر مقدار y را اندازه بگیریم بار ویژه یاe/m0محاسبه می شودپس از خروج الکترون از خازن دیگر هیچ نیرویی بر آن وارد نمی شود بنابراین از آن لحظه به بعد حرکت ذره مستقیم الخط خواهد بود و مسیر آن مماس بر سهمی در نقطه خروج از خازن است . اگرaفاصله پرده از خازن یعنیD P0باشد می توانیم بنویسیمP0P1 = y + DP0 tgθtgθعبارتست از ضریب زاویه مماس بر منحنی مسیر در نقطه خروج از خازن و بنابراین مقدار یست معلوم پس باید با اندازه گرفتن فاصله اثر روی پرده(P0 P1)به مقدارyرسید و در نتیجه می توانیمe/ m0را محاسبه نماییممقداری که در آزمایشات اولیه بدست آمده بود108×7/1کولن بر گرم بود مقداریکه امروزه مورد قبول است و دقیقتر از مقدار قبلی است برابر 108×7589/1کولن بر گرم است
