Игра в 100 фунтов стерлингов, чтобы продемонстрировать дифракцию электронов

Описание: Дифракция электронов — одна из самых удивительных демонстраций школьной физики, которая вдохновила меня изучать физику и преподавать её. Электроны ведут себя как волны, преломляясь через поликристаллический графит, а затем как частицы, попадая на экран и преобразуясь в свет. Электронно-дифракционные трубки сейчас стоят 1000 фунтов стерлингов, что не по карману практически любому факультету естественных наук, если у него ещё нет такой трубки. Недавно я рискнул купить подержанную винтажную трубку, которая не была протестирована, в надежде поделиться этим опытом со следующим поколением, и, к счастью, это сработало.

В этом видео я демонстрирую работу электронно-дифракционной трубки и объясняю, как меняется картина при изменении ускоряющего напряжения, а следовательно, и длины волны электронов. Вдохновленный оптическим аналогом, который поставлялся с оригинальными трубками (но у меня его нет), я разработал демонстрационную схему с использованием дифракционных решёток, фиолетового лазера и светящейся в темноте плёнки, чтобы показать, почему картина дифракции электронов имеет кольцевую форму – то, о чём обычно умалчивают в школьных курсах физики.

Несколько замечаний о безопасности. Будьте осторожны при обращении с электронными трубками, так как они могут взорваться при повреждении. Используйте источник питания EHT с ограничением тока, предназначенный для использования в школах, чтобы избежать поражения электрическим током от высокого напряжения. Используйте лазер класса II мощностью 1 мВт или менее и соблюдайте обычные меры предосторожности, чтобы отражения не попадали вам в глаза или в глаза другим людям.

Ниже приведены несколько полезных ссылок, если вы хотите узнать больше об электронной дифракции:

1) Интересное моделирование и теоретические основы работы электронной дифракционной трубки, включая много математических данных и примеры проведения количественных измерений. https://virtuelle-experimente.de/en/e...

2) Инструкция, подтверждающая, что на монокристалле графита будет наблюдаться картина дифракции электронов, аналогичная той, которую дают мои три скрещенные дифракционные решетки в белом свете: http://www.sophphx.caltech.edu/Physic...

3) Инструкция для современной электронно-дифракционной трубки:
https://www.3bscientific.com/product-...

Практические советы:
При использовании любых электронных трубок Teltron убедитесь, что на нить накала/нагреватель подается только напряжение 6,3 В переменного тока. Подключение более высокого напряжения обычно приводит к их выходу из строя.

Если вы учитель физики или естественных наук, вам может быть интересно посетить мой сайт, где я разместил подборки учебных материалов по физике, отсортированные по темам. https://www.teachphysics.org

Если вы делаете три скрещенные дифракционные решетки, убедитесь, что они расположены под правильными углами. Я сделал это, распечатав линии с компьютера на расстоянии 60 градусов друг от друга и аккуратно склеив их. Вы можете использовать плёнку для дифракционных решёток с плотностью 1000 линий на мм, которая относительно недорога. Поставщики школьных принадлежностей для естественных наук могут предложить фиолетовые лазерные указки мощностью менее 1 мВт (многие фиолетовые лазерные указки будут мощнее, опаснее и не подходят для использования в школах).

Спасибо Нику Митченеру за совет по покупке винтажных трубок Телтрон.

Если вы учитель физики или естественных наук, вам может быть интересно посетить мой сайт, где я разместил подборки учебных материалов по физике, отсортированные по темам. www.teachphysics.org

Благодарю Ogden Trust за мою стипендию для старших преподавателей, которая дала мне время, необходимое для создания видео этой демонстрации. Узнать больше об Ogden Trust можно здесь: https://www.ogdentrust.com/