85358 (763994), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Если на конденсатор не подано напряжение, то луч вызывает свечение экрана (покрытой люминафором части трубки) в точке a. Если же на конденсатор подать напряжение, создающее между его пластинами электрическое поле с напряженностью E, то местом падения луча будет точка b. Направление смещение луча сразу говорит об отрицательном заряде частиц катодных лучей. Величину смещения луча S после прохождения пластин длиной l нетрудно связать с величиной поля Е и удельным зарядом e/m. Действительно, ускорение a, сообщаемое частицей в поле Е, равно

a = eE/m. (4)

Геометрия опыта такова, что составляющая V скорости луча вдоль пластин конденсатора не меняется, каким бы ни было по величине поле E перпендикулярное скорости луча (составляющих его частицу) v. Время пролета частиц через конденсатор равна следоватльно

t = l/v. (5)

Значит, смещение

S =

at2 2

=

eE 2m



l2 v2

. (6)

Из (6) мы находим что

e m

=

2sv2 El2

. (7)

Величина S легко определяется по смещению луча из точки a в точку в с привлечением только сведений о геометрии установки (после конденсатора лучи распространяются прямолинейно). Поэтому для определения e/m необходимо еще найти скорость v.

А. Шустер в своих опытах сталкивался с той же проблемой. Он помещал газоразрядную трубку в магнитное поле на рисунке изображена газоразрядная трубка в магнитном поле, индукция которого B направлена перпендикулярно плоскости чертежа.

Составляющие луч частицы оказывались подвержены действию силы Лоренца и пятно на экране смещалось из точки a в точку с. Только теперь траектория частиц в области, где есть магнитное поле, оказывается частью окружности,а не параболы, как было в случае электрического поля, ибо сила Лоренца все время перпендикулярна скорости и может менять ее только по направлению. Но это не мешает выразить e/m через величину индукции поля B, смещение луча из точки a в точку с и скорость лучей v. Шустер предложил определить v, полагая что кинетическая энергия частиц, составляющих луч, целиком определяется тем, что они проходят разность потенциалов U между анодом и катодом, то есть он находил U из соотношения

1 2	mv2 = eU, (8)

где V известно экспериментатору. Для выражения e/m через измеримые величины он подставлял

в свое выражение, аналогичная формула (7). Томсон мог бы подставить (9) в свою формулу (7). Но, желая повысить точность измерений, он воздействовал на луч одновременно электрическим и магнитным полями, добиваясь того, чтобы луч не испытывал смещения. В этом случае электрическая и магнитная силы компенсируют друг друга и можно записать соотношение

eE = evB. (10)

Из (10) следует, что

v = E/B. (11)

Этот красивый компенсационный метод определения v гораздо точнее приблизительно го метода Шустера.

Что же дали измерения Томсона ? Он сам, называя еще электрон "ионом катодных лучей", писал: "Когда мы рассматриваем электрический заряд, несомый ионом в катодных лучах, мы, принимая, что он равен по модулю заряду, несомому водородным ионом при электролизе, заключаем, что масса водородного иона должна быть в 770 раз больше массы иона в катодных лучах; следовательно, носитель отрицательного электричества в этих лучах должен быть очень малым по сравнению с массой водородного атома". Результат был очень неожиданным. Томсон совершенствует методику измерений, меняет вещество катода, газ в трубке, способы эмиссии (изучает фотоэффект, термоэмиссию) - и убеждается что всегда сталкивается с одними и теми же частицами. Он пишет: "атомы не неделимы, отрицательно заряженные частицы могут вылетать из них под действием электрических сил, удара быстро движущихся атомов, ультрафиолетового света или тепла";

"...все эти частицы одинаковой массы и несут одинаковый заряд отрицательного электрическтва от любого рода атомов, и они являются составной частью всех атомов";

"...масса этих частиц меньше однатысячной массы атома водорода."

Томсон еще не использует термин "электрон", количественно его результат довольно далек от современного значения (как известно, масса протона mp = 1,6710-27 кг, а электрона me = 0,911030 кг, так что по современным данным me/mp = 1835; напомним здесь и величину заряда электрона e = 1,610-19 Кл, но он уверен в существовании электрона-частицы, качественно отличающейся от атома. Не сразу, но с течением времени все физики прониклись этой уверенностью, и наука ХХ века без идеи электрона просто немыслима. Электрон стали использовать при построении моделей атомов (первую модель предложил сам Томсон). Выяснилось, что движение электрона в атоме нельзя описать на языке классической физики - пришлось создавать квантовую механику. Оказалось, что электрон обладает каким-то внутренним движением, проявляющимся в существовании у него так называемого спина. Была обнаружена античастица, сопоставляемая электрону - позитрон. Электронная теория твердых дел стала теоретической основной для технологий, дающих возможность создавать самую современную технику. Газоразрядная трубка превратилась в электронные лампы и электронно-лучевые трубки. Как мы уже говорили, последствия открытия электрона трудно даже просто перечислить.

В 1906 году Дж. Дж. Томсон получил Нобелевскую премию по физике за "Теоретические и экспериментальные исследования прохождения электричества через газы".

В заключении несколько слов о Джозефе Джоне Томсоне. Он родился 18 декабря 1856 года в Манчестере, в семье торговца книгами. В 1876-1880 годах учился в Кембридже, в Тринити - колледже, знаменитом тем, что в нем двумя веками раньше был профессором Ньютон. По окончании университета Томсон был принят на работу в тогда совсем молодую Кавендишскую лабораторию. Она открылась 16 июня 1874 года и была так названа потому, что деньги на ее строительство дал герцог Кавендиш, потомок знаменитого физика-любителя Генри Кавендиша (1731-1810). Выдающиеся способности Томсона привели к тому, что в 1884 году, в 28 лет он уже стал директором лаборатории (после Максвелла и Релея и перед Резерфордом) и оставался им до 1919 года. Разумеется он руководил научной работой многих молодых сотрудников лаборатории, позднее отзывавшихся о нем с большой теплотой и огромной благодарностью. Среди его учеников шесть (!) лауреатов Нобелевской премии: Ф. Астон, Ч. Баркла, Г. Бегг, У. Вильсон, Э. Резерфорд, О. Ричардсон. В 1908 году Томсон был возведен в ранг рыцаря. Нобелевским лауреатом был и сын Дж. Дж. Томсона Джордж Паджет Томсон (1892-1975). Умер Томсон 30 августа 1940 г. Он похоронен в Вестминстерском аббатстве. Его вклад в физику никогда не будет забыт.

Список литературы

ЛитератураУ. И. Франкфурт, А. М. Френк. У истоков квантовой теории.-М.:Наука, 1975-168 с.

Л. И. Пономарев. Под знаком кванта.-М.:Советская Россия, 1984-352 с.

Ю. А. Храмов. Физика.-М.:Наука, 1983-400с.

С.П. Кудрявцев. Д.Д.Томсон.-М.: Просвещение, 1986-80 с.

С. П. Кудрявцев. История физики, т.3,-М.:Просвещение, 1971-424 с.

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://virlib.eunnet.net/

Характеристики

Список файлов статьи