8 1 Pancaran Termion

PELAJARA Pancaran Termion (a)Pengertian Proses pancaran/pembebasan elektron daripada permukaan logam/katod yang panas. (b)Punca Penghasilan Filamen tungsten yang dipanaskan atau permukaan logam yang disalut oksida logam dan dipanaskan.

Tungsten merupakan logam yang mempunyai kadar pancaran termion yang tinggi. Campuran Oksida barium dan Oksida Strontium juga mempunyai kadar pancaran termion yang tinggi.

(e)Senapang Elektron/Tiub Sinar Katod

(c)Mekanisme Pancaran Termion

Logam mempunyai banyak elektron.Pada suhu bilik elektron-elektron bergerak di permukaan logam tetapi tidak terlepas keluar. Apabila logam dipanaskan,elektron logam mempunyai cukup tenaga untuk dipancarkan dari permukaan logam. (d)Faktor-faktor yang mempengaruhi kadar pancaran termion Suhu Logam: Jika suhu bertambah kadar pancaran termion bertambah. Luas Permukaan Logam: Jika luas bertambah kadar pancaran termion bertambah Jenis logam: Logam yang berlainan jenis mempunyai kadar pancaran termion yang berlainan.

Senapang elektron ialah suatu alat yang digunakan untuk menghasilkan alur elektron yang berhalaju tinggi (sinar katod) dan mempunyai alur yang halus. Untuk menjadikannya bergerak dengan halaju tinggi VLT disambung antara anod dan katod. Untuk menjadikanya alur yang halus terdapat satu liang halus pada anod. Apabila filamen dipanaskan oleh bekalan a.t. katod menjadi panas.Elektron-elektron dipancarkan di permukaan katod. Disebabkan terdapat beza keupayaan yang tingi merentasi anod dan katod elektron-elektron tertarik ke anod dan memecut dengan halaju yang sangat tinggi. Alur elektron akan terkena skrin pendarflour untuk menghasikan tompok cahaya.

(f)Eksperimen untuk mengkaji ciri-ciri sinar katod @alur elektron dengan menggunakan Tiub Palang Maltase/Tiub Perrin. Eksperimen(a)-Menggunakan Tiub Palang Maltase

Pemerhatian: Apabila diletak kipas kecil dan ringan didapati kipas kecil itu berpusing ke arah skrin. Kesimpulan: Berdasarkan eksperimen didapati:(a) alur elektron bergerak lurus dalam vakum. (b) Apabila alur elektron terkena bahan-bahan tertentu(ZnS) ia akan berpendarflour. (c) Alur elektron mempunyai tenaga dan momemtum. Eksperimen(b)-Menggunakan Tiub Perrin

Kaedah 1 Hidupkan bekalan a.u. Perhatikan bayang Palang Maltase Pemerhatian: Didapati suatu bayang cahaya terbentuk. Bayang ini dihasilkan oleh cahaya daripada filamen Kaedah 2 Hidupkan bekalan a.u. Seterusnya hidupkan VLT Perhatikan perbezaan bayang yang didapati. Pemerhatian: Bila bekalan a.u. dan VLT dihidupkan suatu bayang bewarna hijau yang sama saiz dan sama kedudukan dengan bayang cahaya didapati.Bayang ini disebabkan oleh alur elektron . Kaedah 3 Gantikan Palang Maltase dengan sebuah kipas kecil dan ringan.

Kaedah 1 Hidupkan bekalan a.u. dan VLT 1 pada rajah(a) dan perhatikan arah pergerakan alur elektron. Pemerhatian: Didapati apabila bekalan a.u. dan VLT1 pada rajah(a) dihidupkan alur elektron bergerak lurus. Kaedah 2 Hidupkan bekalan a.u. dan VLT 1 dan VLT 2 pada

rajah (a) dan perhatikan perubahan pada arah pergerakan alur elektron. Pemerhatian: Apabila bekalan a.u.,VLT1 dan VLT2 pada rajah(a) dihidupkan alur elektron terpesong ke atas (plat positif) Kaedah 3 Hidupkan pula bekalan a.u dan VLT1 pada rajah(b) dan kemudian dekatkan satu magnet bar yang kuat. Perhatikan arah pergerakan alur elektron. Pemerhatian: Didapati juga apabila bekalan a.u.,VLT1 pada rajah(b) dihidupkan dan magnet didekatkan didapati alur elektron terpesong ke atas. Kesimpulan Berdasarkan eksperimen didapati: (a) Alur elektron dipesongkan oleh medan elektrik ke arah plat positif kerana elektron bercas negatif. (b) Alur elektron juga dipesongkan oleh medan magnet yang kuat,dan arah pesongan ditentukan oleh Hukum Tangan Kiri Fleming. (g)Sifat-Sifat Sinar Katod/alur elektron 1. Bergerak pada garis lurus dalam vakum 2. Mempunyai tenaga dan momemtum 3. Menghasilkan kesan pendarflour apabila terkena bahan berpendarflour. 4. Bercas negatif. 5. Boleh dipesongkan oleh medan elektrik ke arah plat positif 6. Boleh dipesongkan oleh medan magnet.Arah pesongan ditentukan oleh Hukum Tangan Kiri Fleming. 7. Mengionkan udara atau gas

8. Menembusi lapisan grafit atau kertas nipis 9. Menghasilkan sinar-X dan haba apabila menghentam sasaran logam yang berat 10. Cas satu elektron,e = 1.6 x 10 -19 C 11. Jisim satu elektron = 9 x 10 -31 kg (h)Penentuan Tenaga Dan Halaju Elektron Dalam Senapang Elektron/Tiub Sinar Katod Berdasarkan prinsip keabadian tenaga,tenaga boleh bertukar bentuk dan jumlah tenaga adalah abadi , maka

Tenaga Keupayaan elektrik = Tenaga kinetik eV = ½mv 2 maka, v = 2eV m v = Halaju elektron V = beza keupayaan anod dan katod e = cas elektron, 1.6 x 10 -19 C m= jisim elektron 9 x 10 -31 kg

Contoh 1 Beza keupayaan merentasi anod dan katod sebuah senapang elekron ialah 8 kV.Berapakah tenaga kinetik elektron. (e = 1.6 x 10 -19 C)

Penyelesaian

Contoh 2 Dalam sebuah senapang elektron yang terdapat dalam TV beza keupayaan antara anod dan katod ialah 5 kV.Berapakah halaju elektron? e = cas elektron, 1.6 x 10 -19 C m= jisim elektron 9 x 10 -31 kg

TUTORIAL 1 Proses pemancaran elektron daripada permukaan katod yang panas adalah proses A Penyejatan B Peleburan C Pancaran termion D Pancaran katod

Penyelesaian

2 Pancaran termion ialah suatu proses A B C D elektrik 3

Penghantaran elektron kepada suatu sasaran berat Pantulan elektrod daripada pemukaan logam Pembebasan elektron daripada permukaan logam yang panas Pesongan elektron oleh medan

Kadar pancaran termion bergantung kepada faktor berikut kecuali

A B C D logam

Jenis logam Suhu logam Bentuk permukaan logam Saduran pada permukaan

4 Alur elektron yang berhalaju tinggi dinamakan A C

Sinar-X Sinar Katod

B D

Sinar alfa Sinar gama

C Menghasilkan kesan pendarflour D Dipesongkan oleh medan magnet 8

5

Tiap-tiap alat elektrik berikut melibatkan proses pancaran termion kecuali A B C D

Transistor Televisyen Osiloskop Sinar Katod Monitor Komputer

A Mempunyai tenaga dan momentum B Sejenis gelombang elektromagnet C Kuasa penembusan yang tinggi D Bercas positif 9

6 Rajah menunjukkan sebuah senapang elektron.Apakah jenis gerakan yang berlaku ke atas elektron antara PQ dan QR. A B C D 7

PQ Halaju seragam

QR Pecutan seragam

Pecutan seragam Nyahpecutan seragam Pecutan bertambah

Halaju seragam Pecutan seragam Pecutan sifar

Antara berikut yang manakah bukan ciri elektron?

A Bercas negatif B Bergerak dengan halaju cahaya

Pernyataan yang manakah berikut adalah benar mengenai sinar katod?

Dalam senapang elektron,anod dikenakan keupayaan positif untuk

A menghalang hentaman elektron B membantu memanaskan filamen katod C menggerakkan elekron pada halaju tinggi D menghasilkan proton yang dapat menarik elektron

10 Rajah menunjukkan sebuah senapang elektron.Apabila voltan V.L.T. ditambah, A Suhu filamen bertambah B Halaju elektron menerusi anod bertambah C Alur elektron akan dipesongkan ke arah plat N. D Kadar pancaran elektron dari katod bertambah

11 Satu alur elektron yang ufuk dilalukan di antara dua plat ufuk yang disambung ke VLT. Pernyataan yang manakah tidak benar mengenai keadaan elektron semasa melalui dua plat tersebut? A Elektron dipesongkan dari ufuk B Elektron mengalami pecutan menegak C Elektron mempunyai daya paduan sifar D Elektron mempunyai halaju ufuk yang tetap

12 Rajah menunjukkan satu bayang palang Maltase pada skrin pendarflour yang disebabkan oleh alur-alur elektron.Jika dua batang magnet diletakkan berhampiran dengannya ,ke arah manakah bayang itu beralih?

13 Rajah menunjukkan satu bayang palang Maltase pada skrin pendarflour disebabkan oleh alur-alur elektron yang pada arah masuk ke dalam kertas.Jika dua batang magnet diletakkan,ke arah manakah bayang akan beralih.

14 Satu dawai kuprum diletak antara medan magnet seperti pada rajah(a).Apabila elektron- elektron dialirkan melaui dawai mengikut arah seperti rajah(a),satu daya bertindak ke atas dawai.Berdasarkan rajah(b),ke arah manakah daya itu bertindak? A C

Q R

B D

T U

15 Berapakah tenaga kinetik bagi satu elektron yang dipecut merentasi beza keupayaan 4 kV? (cas satu elektron = 1.6 x 10-19 C )

4.0 x 10-22 J

A 10-20

B

4.0 x

J

C

6.4 x 10-19 J

D 6.4 x 16 10 J E 4.0 x 10-14 J 16 Berapakah halaju elektron dalam sebuah senapang elektron yang mempunyai beza keupayaan 8000 V merentasinya. (cas satu elektron = 1.6 x 10-19 C dan jisim elektron = 9.0 x 10-31 kg) A 5.3 x 107 ms-1 B -1 ms C 3.3 x 104 ms-1 D 103ms-1 E 1.3 x 102ms-1

4.3 x

106

2.3 x

17 Yang manakah antara faktor-faktor berikut mempengaruhi kadar pancaran termion kecuali? A Suhu katod B Luas permukaan katod C Beza keupayaan antara katod dan anod D Sama ada katod disalut oksida logam atau tidak 18 Senapang elektron merupakan satu alat untuk menjadikan alur elektron A B C D

halus dan bercas bercas dan berjisim berhalaju tinggi dan bercas halus dan berhalaju tinggi

elektron dihasilkan di filamen F melalui proses pancaran termion. (a) Terangkan apakah yang dimaksudkan dengan proses pancaran termion ? ....................................................... ...................... (b) Apakah fungsi anod,A,dalam tiub sinar katod ini? ....................................................... ...................... (c) Mengapakah ruang di dalam tiub sinar katod itu mesti vakum? ....................................................... ...................... ....................................................... ...................... (d) Apakah yang terjadi kepada tenaga elektron-eklektron yang berlanggar dengan skrin tiub sinar katod? ....................................................... ...................... ....................................................... ...................... (e) Terangkan apa yang terjadi jika arus melalui filamen F ditinggikan. ....................................................... ...................... ....................................................... ......................

19 Rajah menunjukkan struktur sebuah tiub sinar katod.Elektron-

....................................................... ...................... (f) Apakah yang terjadi kepada alur elektron jika suis pada rajah dihidupkan.

....................................................... ...................... ....................................................... ...................... ....................................................... ...................... (g) Beza keupayaan di antara filamen,F dan anod,A ialah 8 kV. (i) Jika cas satu elektron ialah 1.6 x 10-19 C,hitungkan tenaga kinetik elektron.

....................................................... ...................... (b) Apabila suis B dan suis A dihidupkan, apakah yang diperhatikan dan berikan kesimpulan. ....................................................... ...................... ....................................................... ...................... ....................................................... ...................... ....................................................... ......................

(ii) Hitungkan halaju elektron sampai ke skrin.(Jisim elektron = 9.0 x 10-31 kg)

....................................................... ...................... ....................................................... ...................... (c) Jika sebatang magnet kuat didekatkan skrin pendarflour didapati bayang terpesong. (i) Apakah kesimpulan yang boleh dibuat.

20 Rajah menunjukkan sebuah tiub Palang Maltase yang digunakan untuk mengkaji ciri elektron. (a) Apabila suis B dihidupkan satu bayang palang Maltase dihasilkan. (i) Apakah punca yang menghasilkan bayang itu? ....................................................... ...................... (ii) Apakah kesimpulan yang boleh dibuat berdasarkan pemerhatian di atas? ....................................................... ......................

....................................................... ...................... (ii) Nyatakan Hukum yang digunakan untuk menentukan arah pesongan. (d)Apabila Palang Maltase digantikan dengan sebuah kipas kecil yang ringan apakah yang terjadi dan jelaskan jawapan anda. ....................................................... ...................... ....................................................... ......................

....................................................... ...................... ....................................................... ...................... (e) Nyatakan perbezaan antara Tiub Palang Maltase dengan Tiub Perrin. ....................................................... ...................... 21 (a) Apakah yang dimaksudkan dengan proses pancaran termion? (b) Huraikan faktor-faktor yang mempengaruhi kadar pancaran termion. (c) Nyatakan empat ciri alur elektron. (d) Huraikan struktur dan prinsip operasi sebuah senapang elektron. (e) Beza keupayaan antara anod dan katod sebuah senapang elektron adalah 5000 V. Tentukan halaju elektron. (e = 1.6 x 10-19 C , m = 9 x 10-31 kg)