Percobaan J.J Thompson

   Menentukan e/m

Contoh penggunaan pemilih kecepatan adalah percobaan terkenal yang dilakukan oleh J.J Thomson pada tahun 1897 dimana ia menunjukan bahwa sinar dalam tabung katoda dapat dibelokan oleh medan listrik dan medan magnetik sehingga dapat diketahui bahwa sinar tersebut mengandung partikel-partikel yang bermuatan listrik. Dengan mengukur besarnya penyimpangan partikel sinar yang disebabkan oleh medan listrik dan medan magnetik ini, Thomson dapat menunjukan bahwa semua partikel memiliki perbandingan muatan terhadap massa (e/m) relatif sama. Ia juga menunjukan bahwa partikel dengan perbandingan muatan terhadap massa ini dapat diperoleh dengan menggunakan sembarang bahan untuk katodanya. Partikel yang terkandung dalam sinar ini, sekarang disebut elektron dan merupakan bahan dasar seluruh materi.

Prinsip yang digunakan Thomson dalam melakukan pengukuran ini adalah jika suatu muatan elektron bergerak di dalam ruang yang berada di bawah pengaruh medan magnet atau medan listrik maka muatan tersebut akan mengalami gaya sehingga pergerakan elektron akan menyimpang. Adanya gejala fisis ini dipertimbangkan sebagai pergerakan muatan elektron didalam medan magnet maupun medan listrik persis seperti partikel yang dilemparkan horizontal didalam medan gravitasi bumi.

Sistem yang digunakan terdiri dari sebuah tabung katode dan kumparan yang berfungsi untuk menghasikan medan magnet. Kumparan ini disebut kumparan Helmholtz yang digunakan untuk menghilangkan medan magnetik bumi dan untuk memberikan medan magnet yang konstan dalam ruang yang sempit dan terbatas.

Ketika katoda dialiri arus listrik, katoda tersebut akan berpijar karena tumbukan elektron-elektron didalamnya sehingga dapat menyebabkan elektron dari katoda tersebut loncat dari katoda dan memasuki daerah medan magnet dari kumparan yang dialiri arus listrik. Jika arah kecepatan elektron tersebut tegak lurus dengan arah medan magnet, maka elektron tersebut akan bergerak melingkar di dalam tabung katoda. Gaya magnetic memberikan gaya sentripetal yang diperlukan agar terjadi gerak melingkar . Kita dapat menghubungkan kecepatan elektron tersebut v dengan jari-jari lintasan r dan medan magnetik B dengan membuat gaya total yang sama dengan massa m elektron kali percepatan sentripetal v²/r yang bersesuaian dengan hokum kedua Newton. Gaya total pada kasus ini sama dengan evB karena v dan B saling tegak lurus. Dengan demikian, hokum kedua Newton memberikan :

                                                           evb = mv²/r 

                                                            v = ebr/m

Jika elektron awalnya diam dan bergerak melalui beda potensial V, energy kinetik elektron ketika memasuki medan magnetik sama dengan kehilangan energi potensialnya 
                                                                                                   mv² /2 = eV 

kita sudah mendapatkan nilai v dari persamaan sebelumya, kemudian substitusikan ke persamaan di atas, maka 

1/2m(eBr/m)² = eV

e/m = 2V/(BR)²

Dengan nilai B = µoNI 0.7155/R dimana R = jari-jari kumparan dan N = banyak kumparan

                                                       More About Physic