टेलट्रॉन ट्यूब

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टेलट्रॉन इलेक्ट्रॉन बीम ट्यूब

File:Teltron-Diffraction-Tube-with-Helmholtz-Coils-and-Stand.jpg

हेल्मछेद्ट्ज़ कुंडलियों और स्टैंड के साथ टेलट्रॉन डिफ्लेक्शन ट्यूब

टेलट्रॉन ट्यूब (टेलट्रॉन इन्कार्पोरेशन के नाम पर, जो अब 3बी साइंटिफिक लिमिटेड के स्वामित्व में है) एक प्रकार की कैथोड रे ट्यूब है जिसका उपयोग इलेक्ट्रॉनों के गुणों को प्रदर्शित करने के लिए किया जाता है। टेलट्रॉन द्वारा बनाए गए कई ट्यूब अलग-अलग प्रकार के थे, जिनमें डायोड, ट्रायोड, माल्टीज़ क्रॉस ट्यूब, फ्लोरोसेंट स्क्रीन के साथ सरल विक्षेपण ट्यूब, और जिसका उपयोग इलेक्ट्रॉन के आवेश-से-द्रव्यमान के अनुपात को मापने के लिए किया जा सकता था। बाद के दो में डिफ्लेक्टिंग प्लेट्स के साथ इलेक्ट्रॉन गन थी। बीम को ट्यूब में विभिन्न इलेक्ट्रोडों पर वोल्टेज लगाकर या चुंबक को पास में पकड़कर मोड़ा जा सकता है। इलेक्ट्रॉन पुंज महीन नीली रेखाओं के रूप में दिखाई देते हैं। यह ट्यूब को कम दबाव वाले हीलियम (He) या हाइड्रोजन (H₂) गैस से भरकर पूरा किया जाता है। बीम में कुछ इलेक्ट्रॉन हीलियम परमाणुओं से टकराते हैं, जिससे वे प्रतिदीप्त होते हैं और प्रकाश उत्सर्जित करते हैं।

वे सामान्यतः विद्युत चुम्बकीय प्रभावों को सिखाने के लिए उपयोग किए जाते हैं, क्योंकि वे दिखाते हैं कि कैसे इलेक्ट्रॉन बीम विद्युत क्षेत्रों और चुंबकीय क्षेत्रों जैसे लोरेंत्ज़ बल से प्रभावित होता है।

क्षेत्रों में गति

समान विद्युत क्षेत्र में आवेशित कण परवलयिक प्रक्षेपवक्र का अनुसरण करते हैं, क्योंकि विद्युत क्षेत्र शब्द (कण पर कार्य करने वाले लोरेंत्ज़ बल का) कण के आवेश और विद्युत क्षेत्र के परिमाण का उत्पाद (की दिशा में उन्मुख विद्युत क्षेत्र) है। समान चुंबकीय क्षेत्र में चूँकि, आवेशित कण लोरेंत्ज़ बल के चुंबकीय क्षेत्र की अवधि में क्रॉस उत्पाद के कारण गोलाकार प्रक्षेपवक्र का अनुसरण करते हैं। (अर्थात्, चुंबकीय क्षेत्र का बल कण पर कण की गति की दिशा के लम्बवत दिशा में कार्य करता है। देखें: अधिक विवरण के लिए लोरेंत्ज़ बल।)

उपकरण

'टेलट्रॉन' उपकरण में टेलट्रॉन प्रकार का इलेक्ट्रॉन विक्षेपन ट्यूब, टेलट्रॉन स्टैंड, ईएचटी विद्युत की आपूर्ति (0 - 5000 वोल्ट डीसी, चर) सम्मिलित हैं।

प्रायोगिक सेटअप

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प्रायोगिक स्केच ठीक बीम

निर्वातित काँच के बल्ब में कुछ हाइड्रोजन गैस (H₂) भर दी जाती है,लगभग 1 Pa के निम्न दाब पर ट्यूब में हाइड्रोजन का वातावरण बन जाता है। दबाव ऐसा है कि इलेक्ट्रॉनों को जितना संभव हो उतना कम टकराव (गतिज ऊर्जा में परिवर्तन) से कम किया जाता है, टक्करों की संख्या कम होती है लेकिन दृश्य प्रकाश उत्सर्जित करने के लिए पर्याप्त होती है। बल्ब के अंदर इलेक्ट्रॉन गन होती है। इसमें हीटिंग स्पाइरल, कैथोड और एनोड छेद होता है। कैथोड (-) से इलेक्ट्रॉन उत्सर्जित होते हैं और विद्युत क्षेत्र द्वारा धनावेशित एनोड (+) की ओर त्वरित होते हैं। एनोड में छेद के माध्यम से, इलेक्ट्रॉन बीम बनाने की प्रणाली और वेहनेल्ट सिलेंडर बंडलों को छोड़ देते हैं।

परिणाम

File:Cyclotron motion wider view.jpg

अन्य प्रयोगात्मक सेटअप इलेक्ट्रॉन बीम कक्षा दिखा रहा है

जब हीटर सक्रिय होता है, तो हीटिंग कॉइल थर्मोनिक उत्सर्जन के कारण इलेक्ट्रॉनों के इसमें से निकलने का कारण बनता है। एनोड और कैथोड के बीच विद्युत क्षेत्र में, विद्युत क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों पर कार्य करता है, जो उच्च वेग को गति देता है, जैसे कि इलेक्ट्रॉन एक इलेक्ट्रॉन बीम के रूप में एनोड में छोटे से उद्घाटन के माध्यम से निकलते हैं। केवल जब कुंडली धारा प्रवाहित होती है तो बीम पर बल कार्य करेगा और इसकी दिशा परिवर्तित हो जाएगी। अन्यथा यह अपनी गति बनाए रखेगा। यदि, कुंडली में धारा को प्रवाहित किया जाता है, तो लोरेंत्ज़ बल इलेक्ट्रॉनों को गोलाकार कक्षा में निर्देशित करता है।

विशिष्ट इलेक्ट्रॉन आवेश का निर्धारण

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फिलामेंट की सहायता से इलेक्ट्रॉन के विशिष्ट आवेश को निर्धारित करने के लिए सूत्र की व्युत्पत्ति किरण परीक्षण

कुंडली धारा जितनी अधिक होगी, चुंबकीय क्षेत्र उतना ही शक्तिशाली होगा और इस प्रकार इलेक्ट्रॉनों के वृत्ताकार पथ की त्रिज्या कम होगी। चुंबकीय क्षेत्र की शक्ति और लोरेंत्ज़ बल एक दूसरे के समानुपाती होते हैं, जैसे कि जब लोरेंत्ज़ बल बढ़ता है। लोरेंत्ज़ बल इलेक्ट्रॉनों को अधिक शक्ति से विक्षेपित करेगा, इसलिए कक्षा छोटी होगी। लोरेंत्ज़ बल $F_{L}$ सदैव गति की तात्कालिक दिशा के लंबवत होता है और केन्द्रापसारक $F_{Z}$ परिपत्र गति की अनुमति देता है। वेग का परिमाण और इसलिए गतिज ऊर्जा नहीं बदलती है:

${\begin{aligned}F_{L}&=F_{Z}\\evB&=m{\frac {v^{2}}{r}}\end{aligned}}$

इससे हमें विशिष्ट इलेक्ट्रॉन आवेश की मात्रा प्राप्त होती है:

${\frac {e}{m}}={\frac {v}{Br}}$

वेग का निर्धारण ऊर्जा के संरक्षण का उपयोग करके किया जाता है:

$eU={\frac {1}{2}}mv^{2}$

यह अंत में इसके द्वारा अनुसरण किया जाता है:

${\frac {e}{m}}={\frac {2U}{r^{2}B^{2}}}$

विशिष्ट इलेक्ट्रॉन आवेश का मान होता है,

${\frac {-e}{m}}\approx -1.7588202\times 10^{11}\,\mathrm {\frac {C}{kg}}$

चूंकि प्राथमिक आवेश ऑयल ड्रॉप प्रयोग से उपलब्ध है, चुंबकीय क्षेत्र में इलेक्ट्रॉनों का अध्ययन इसके द्रव्यमान का निर्धारण इसके अनुसार होता है:

$\ m={\frac {er^{2}B^{2}}{2U}}\approx 9.1094\times 10^{-31}\,\mathrm {kg}$

आवेशित कणों के वजन के लिए इसी तरह की अवधारणा मास स्पेक्ट्रोमेट्री में पाई जा सकती है।

बाहरी संबंध

• https://web.archive.org/web/20160305120024/http://lpc1.clpccd.cc.ca.us:80/lpc/physics/pdf/phys2/eoverm.pdf
• https://web.archive.org/web/20060526081856/http://www.fbise.edu.pk/curr/hsscsyll/Physics.doc
• Practical Physics - Types of Electron Tube
• Fadenstrahlrohr (LEIFI-Physik)