Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Химия және электродинамикадағы маңызды физикалық шама – масса мен зарядтың қатынасы (m/Q). Бұл белгілі бір бөлшектің массасы (материя мөлшері) мен электр заряды арасындағы байланысты көрсететін физикалық шама және килограммға кулон (кг/Кл) бірліктерімен өлшенеді. Ол негізінен зарядталған бөлшектердің электродинамикасында, мысалы, электрондық оптикада және иондық оптикада қолданылады. Сондай-ақ, электрондық микроскопия, катодты сәулелі түтіктер, үдеткіштер физикасы, ядролық физика, Аугер электрондық спектроскопиясы, космология және массалық спектрометрия сияқты ғылыми салаларда да кездеседі. Классикалық электродинамика бойынша, масса мен зарядтың қатынасының маңыздылығы – егер екі бөлшектің массасы мен зарядының қатынасы бірдей болса, олар вакуумда бірдей электр және магнит өрістерінің әсеріне түскенде бірдей траекториямен қозғалады. Кейбір салалар массаға шаққандағы зарядтың қатынасын (Q/m) пайдаланады, ол масса мен зарядтың қатынасының кері шамасы болып табылады. CODATA электрон үшін ұсынған мәні:
Physical quantity of interest in chemistry and electrodynamics
The mass to charge ratio (m/Q) is a physical quantity relating the mass (quantity of matter) and the electric charge of a given particle, expressed in units of kilograms per coulomb (kg/C). It is most widely used in the electrodynamics of charged particles, e. g. in electron optics and ion optics. It appears in the scientific fields of electron microscopy, cathode ray tubes, accelerator physics, nuclear physics, Auger electron spectroscopy, cosmology and mass spectrometry. The importance of the mass to charge ratio, according to classical electrodynamics, is that two particles with the same mass to charge ratio move in the same path in a vacuum, when subjected to the same electric and magnetic fields. Some disciplines use the charge to mass ratio (Q/m) instead, which is the multiplicative inverse of the mass to charge ratio. The CODATA recommended value for an electron is
Массалық спектрометрия және м/з
Жоғарыда көрсетілген бірліктер мен белгілер массалық спектрометрия физикасымен айналысқанда қолданылады; бірақ, массалық спектрдегі тәуелсіз айнымалы үшін m/z белгісі қолданылады. Бұл белгі деректерді түсіндіруді жеңілдетеді, себебі ол сандық тұрғыдан дальтонға жақын. Осылайша ол электронның массасы және заряды бар бөлшегі екенін, ал оның масса-заряд арақатынасы сутек ионы H⁺-дан әлдеқайда төмен екенін көрсетті. 1898 жылы Вильгельм Вьен иондарды (каналдық сәулелерді) олардың масса-заряд арақатынасына сәйкес, электр және магнит өрістері біріктірілген иондық оптикалық құрылғымен (Вьен фильтрі) бөліп көрсетті. 1901 жылы Уолтер Кауфман жылдам электрондардың электромагниттік массасының артуын өлшеді (Кауфман–Бухерер–Нейманн эксперименттері), немесе қазіргі терминдермен айтқанда, релятивистік массаның артуын өлшеді. 1913 жылы Томсон парабола спектрографы деп аталатын құралмен иондардың масса-заряд арақатынасын өлшеді. Бүгінде зарядталған бөлшектердің масса-заряд арақатынасын өлшейтін құралды массалық спектрометр деп атайды.
The units and notation above are used when dealing with the physics of mass spectrometry; however, the m/z notation is used for the independent variable in a mass spectrum. This notation eases data interpretation since it is numerically more related to the dalton. By doing this, he showed that the electron was in fact a particle with a mass and a charge, and that its mass to charge ratio was much smaller than that of the hydrogen ion H+. In 1898, Wilhelm Wien separated ions (canal rays) according to their mass to charge ratio with an ion optical device with superimposed electric and magnetic fields (Wien filter). In 1901 Walter Kaufman measured the increase of electromagnetic mass of fast electrons (Kaufmann–Bucherer–Neumann experiments), or relativistic mass increase in modern terms. In 1913, Thomson measured the mass to charge ratio of ions with an instrument he called a parabola spectrograph. Today, an instrument that measures the mass to charge ratio of charged particles is called a mass spectrometer.
Маңыздылығы
Кейбір эксперименттерде заряд пен массаның қатынасы тікелей өлшенетін жалғыз шама болып табылады. Көбінесе зарядты теориялық ескереулерден табуға болады, сондықтан заряд пен массаның қатынасы бөлшектің массасын есептеуге мүмкіндік береді. Зарядталған бөлшектің сыртқы магнит өрісінде бұрылуын бақылау арқылы зарядтың массаға қатынасын анықтауға болады. Циклотрон теңдеуі, бөлшектің кинетикалық энергиясы сияқты басқа да мәліметтермен біріктіріліп, заряд пен массаның қатынасын береді. Бұл принципті қолданудың бір мысалы – массалық спектрометр. Осы принципті бұлт камерасындағы эксперименттерде де ақпарат алу үшін пайдалануға болады. Екі бөлшектің арасындағы электростатикалық және гравитациялық күштердің қатынасы олардың заряд пен масса қатынастарының көбейтіндісіне пропорционалды болады. Атомдық емес деңгейде гравитациялық күштердің әсері байқалмайды, себебі атомдық емес бөлшектердің массасы өте кішкентай.
In some experiments, the charge to mass ratio is the only quantity that can be measured directly. Often, the charge can be inferred from theoretical considerations, so the charge to mass ratio provides a way to calculate the mass of a particle. Often, the charge to mass ratio can be determined by observing the deflection of a charged particle in an external magnetic field. The cyclotron equation, combined with other information such as the kinetic energy of the particle, will give the charge to mass ratio. One application of this principle is the mass spectrometer. The same principle can be used to extract information in experiments involving the cloud chamber. The ratio of electrostatic to gravitational forces between two particles will be proportional to the product of their charge to mass ratios. It turns out that gravitational forces are negligible on the subatomic level, due to the extremely small masses of subatomic particles.
Электрон
Электронның заряд/масса қатынасы, , – эксперименталды физикада өлшенетін шама. Ол маңызды, себебі электрон массасын тікелей өлшеу қиын, оның орнына элементарлық зарядтың өлшеуінен шығарылады, яғни e және . Бұл сонымен қатар тарихи маңызға ие; электронның Q/m қатынасын 1897 жылы Дж. Дж. Томсон, ал одан да сәтті Дunningтон есептеген, бұл бұрыштық импульс пен перпендикулярлы магнит өрісінен туындаған бұрылуды қамтиды. Томсонның өлшеуі катод сәулелері бөлшектер екеніне оны сендірді, кейіннен олар электрондар ретінде анықталды, және ол оларды ашқан адам ретінде танылады. CODATA ұсынған мәні – . CODATA бұл шаманы электронның заряд/масса қатынасы деп атайды, бірақ «қатынас» термині де жиі қолданылады. Томсон мен Дunningтон әдістерінен басқа, электронның заряд/масса қатынасын өлшеудің тағы екі кең таралған тәсілі бар. Магнитрон әдісі: GRD7 клапаны (Ферранти клапаны) арқылы электрондар қызған вольфрам жіпшесінен анодқа қарай шығарылады. Электрон содан кейін соленоид көмегімен бұрылады. Соленоидтағы ток пен Ферранти клапанындағы ток бойынша e/m есептелуі мүмкін. Жұқа сәулелі түтік әдісі: жылытқыш катодты қыздырады, ол электрондарды шығарады. Электрондар белгілі потенциал арқылы үдетіледі, сондықтан электрондардың жылдамдығы белгілі болады. Электрондар гелий (He) газы арқылы үдетілген кезде сәуле жолын көруге болады. Электрондар мен гелий газының соқтығысуы көзге көрінетін із қалдырады. Гельмгольц орамдары электронды сәулеге перпендикуляр, біркелкі және өлшенетін магнит өрісін тудырады. Бұл магнит өрісі электронды сәулені дөңгелек траекториямен бұрады. Үдету потенциалын (вольт), Гельмгольц орамдарына берілетін токты (ампер) және электронды сәуленің радиусын өлшеу арқылы e/m есептелуі мүмкін.
The electron charge to mass quotient, , is a quantity that may be measured in experimental physics. It bears significance because the electron mass me is difficult to measure directly, and is instead derived from measurements of the elementary charge e and It also has historical significance; the Q/m ratio of the electron was successfully calculated by J. J. Thomson in 1897—and more successfully by Dunnington, which involves the angular momentum and deflection due to a perpendicular magnetic field. Thomson's measurement convinced him that cathode rays were particles, which were later identified as electrons, and he is generally credited with their discovery. The CODATA recommended value is CODATA refers to this as the electron charge to mass quotient, but ratio is still commonly used. There are two other common ways of measuring the charge to mass ratio of an electron, apart from Thomson and Dunnington's methods. The magnetron method: Using a GRD7 Valve (Ferranti valve), electrons are expelled from a hot tungsten wire filament towards an anode. The electron is then deflected using a solenoid. From the current in the solenoid and the current in the Ferranti Valve, e/m can be calculated. Fine beam tube method: A heater heats a cathode, which emits electrons. The electrons are accelerated through a known potential, so the velocity of the electrons is known. The beam path can be seen when the electrons are accelerated through a helium (He) gas. The collisions between the electrons and the helium gas produce a visible trail. A pair of Helmholtz coils produces a uniform and measurable magnetic field at right angles to the electron beam. This magnetic field deflects the electron beam in a circular path. By measuring the accelerating potential (volts), the current (amps) to the Helmholtz coils, and the radius of the electron beam, e/m can be calculated.