톰슨의 실험 (Thomson's experiment) (1897)

반도체 쪽을 공부하였고, 종사하고 있는사람으로서 첫 번째 글은 톰슨의 실험으로 할까 합니다.

 

당시엔 발견되지 않은 전자 (electron)의 존재를 실험으로 확인하고 명명한 실험으로써 이 실험의 공로로 1906년 노벨 물리학상을 수상하였다.

 

먼저, 원자모형에 대해 생각해보죠.

 

다들 아시다시피 돌턴이 '더 이상 쪼갤 수 없는 단위'로써 원자 모형을 제시했습니다.

 

이후 톰슨은 돌턴의 모형이 설명하지 못하는 자신의 실험을 통해 톰슨의 원자모형을 주장하게 되고

 

톰슨의 제자인 러더퍼드가 수정된 자신의 원자모형(1907)을 주장하게 되고 훗날 닐스 보어의 원자모형 (1913)이 나오게 됩니다.

 

시대에 따라 발전된 원자모델

톰슨의 모델은 큰 양전하 안에 작은 음전하들이 박혀있는 것으로 생각했습니다.

 

그럼, 톰슨의 원자모형이 나오게 된 톰슨의 실험을 살펴보도록 하죠.

 

톰슨의 실험

복잡하죠??

 

간단하게 그려보겠습니다.

 

음극선관에서 전자총을 쏘는데 그 반대편은 이것이 어디에 맞게 되는지 확인할 수 있는 필름을 씌웁니다.

*음극선관 : 진공상태 혹은 저진공 상태의 유리관 안에서 높은 전압을 걸어주게 되었을 때에 (-)극에서 (+)극으로 빛을 내며 이동하는 광선

 

이것이 지나가는 경로에 전기장과 자기장을 걸어 경로상에 전하의 방향이 휘게끔 할 수 있습니다.

 

1. 전기장만 ON

 

2. 아무것도 안 함

 

3. 자기장만 ON

 

4. 2번과 같이 전자가 직진할 수 있도록 전기장 = 자기장 세기를 같게 해 줌

 

아직 티스토리에서 수식을 쓰는 방법을 알지 못하여.. 태블릿에 작성한 자료를 긁어오겠습니다.

 

이 때, 음극선관에서 나오는 전하의 비전하값을 측정을 하였더니 약 10E11 C/kg 이 나오게 됩니다.

 

그 당시 알려진 가장 작은 원자의 비전하값이 10E08 C/kg 정도였으므로... 이는 원자가 아니다라고 판단하였고 톰슨은 이것을 전자 (electron)으로 명명하게 됩니다.

 

하지만, 이 원자모델은 이후 제자인 러더퍼드의 실험의 결과를 설명할 수 없었고..

 

러더퍼드의 실험은 알파 입자를 내뿜는 우라늄을 납 브라켓에 넣어두고 위에 금박의 얇은 판을 두고 산란 실험을 하게 되는데, 이는 원자 중앙에 작은 양전하가 존재하며 원자 대부분의 공간은 비어있다란 결론을 내리게 됩니다.

 

이 러더퍼드의 원자모형과 보어의 원자모형의 내용도 추가로 올리도록 하겠습니다.