Inertia elektrónu: Tolman - Stuart a Mandelstam - Papaleksi experimenty

Vedci na začiatku 20. storočia uskutočnili experimenty na nájdenie odpovede na otázku, či majú elektróny inertnú hmotu. Tieto experimenty pomohli tej dobe vedeckej komunite etablovať sa v akceptovaní skutočnosti, že elektrický prúd v kovoch je tvorený presne záporne nabitými časticami - elektrónmi, skôr ako pozitívne nabitými iónmi, ako by sa mohlo predpokladať.

Prvý kvalitatívny experiment, ktorý ilustroval, že nabité častice tvoriace elektrický prúd v kovoch majú presne hmotu, uskutočnili vedci (vtedy Ruská ríša) Leonid Isaakovič Mandelstam a Nikolai Dmitrievič Papaleksi, k čomu došlo v roku 1913.

O tri roky neskôr, v roku 1916, vykonali presnejší experiment americkí fyzici Richard Tolman a Thomas Stewart, ktorí vo svojej práci nielen ukázali, že elektrón má hmotnosť v kove, ale tiež ju presne meral nepriamou metódou pomocou galvanometra.

Aby sme pochopili princíp týchto skorých experimentov, predstavte si električku, na ktorej cestujúci chodia do práce skoro ráno. Tu bola električka rozptýlená tak, ako by mala, a pred ňou hneď po ceste vyčnieva roztrúsený chodec.

Vodič električky, ktorý chce zachrániť život chudobných, prudko tlačí na brzdy - cestujúci v priestore pre cestujúcich sú okamžite odfúknutí celým davom. A to ich vyhodí zotrvačnou silou, pretože každý cestujúci má hmotnosť. A tí cestujúci, ktorí boli najbližšie k kabíne električky, bolestivo narazia na stenu.

Mandelstam a Papaleksi mysleli približne rovnako. Vzali cievku drôtu vybavenú posuvnými kontaktmi, jej závery boli izolované od puzdra, a k posuvným kontaktom pripojili reproduktor (slúchadlá). Rozvíjajú cievku doprava - náhle sa zastavili - došlo k cvaknutiu v dynamike.

Krútené doľava - ostro zabrzdené - znova kliknite v dynamike. Záver: v okamihu zastavenia cievky prechádza jej drôt prúdový impulz, ktorý sa objavuje v dôsledku skutočnosti, že elektróny v čase brzdenia cievky sú vyradené k okraju drôtu ako cestujúci v električke.

A sila zotrvačnosti tu hrá úlohu vonkajšej sily, ktorá vytvára to, čo možno merať ako EMF. Tento záver, samozrejme, neumožnil vedcom rozpoznať znak nosičov náboja a nejako ich jednoznačne identifikovať, experiment Mandelstam a Papaleksi však jasne ukázal, že prúd v kovoch si udržuje cestu cez kryštalickú mriežku, čo znamená, že je spojený s voľnými dopravcovia poplatkov.

Tolman a Stuart sa rozhodli ísť trochu ďalej. Navinuli tiež cievku, merala sa iba dĺžka drôtu presne rovná 500 metrov a začali sa odvíjať. Dokázalo sa dosiahnuť lineárnej rýchlosti presne 500 m / s, aby sa zistil pomer medzi získaným emf a zrýchlením.

K posuvným terminálom cievky už nebol pripojený reproduktor, ale viac informatívne zariadenie, galvanometer. Na konci experimentu vedci integrovali vonkajšiu silu po celej dĺžke cievkového vodiča a získali výraz pre EMF vytvorený vonkajšou zotrvačnou silou, keď sa rýchlosť zmenila na nulu.

Celkový náboj, ktorý prešiel vodičom, sa môže vypočítať podľa Ohmovho zákona, pričom sa berie do úvahy odpor cievkového drôtu. Takže, poznajúc rýchlosť drôtu pred brzdením, dĺžku drôtu, jeho odpor, smer otáčania, čas brzdenia, veľkosť a znamienko emf, môžete nájsť znamenie a veľkosť špecifického náboja, ktorý vykonali Stuart a Tolman.

Dnes sa už nikomu nezdá divné, že pomer náboja elektrónu k jeho hmotnosti, meraný Stuartom a Tolmanom, sa zhodoval s pomerom získaným takmer pred 20 rokmi, v roku 1897 J.J. Thomson, špecifický náboj častíc tvoriacich katódové lúče. Teraz pravdepodobne vieme, že katódové lúče aj prúd v kovoch sú tvorené z rovnakých záporne nabitých elementárnych častíc - elektrónov.