Ang kawalang-kilos ng isang elektron: Tolman - Stuart at Mandelstam - Mga eksperimento sa Papaleksi

Ang mga eksperimento upang mahanap ang sagot sa tanong kung ang mga electron ay may isang napakalaking masa ay isinagawa ng mga siyentipiko sa pinakadulo simula ng ika-20 siglo. Ang mga eksperimento na ito ay nakatulong sa pamayanang pang-agham sa oras na iyon upang maitaguyod ang kanyang sarili sa pagtanggap ng katotohanan na ang kasalukuyang kuryente sa mga metal ay nabuo nang tumpak ng mga negatibong sisingilin na mga particle - mga electron, at hindi positibong sisingilin ng mga ion, tulad ng maaaring ipalagay.

Ang unang eksperimento sa husay, na naglalarawan na ang mga sisingilin na mga particle na bumubuo ng kasalukuyang kuryente sa mga metal ay tiyak na nagtataglay ng masa, ay isinagawa ng mga siyentipiko (kung gayon ang Roman Empire) na sina Leonid Isaakovich Mandelstam at Nikolai Dmitrievich Papaleksi, nangyari ito noong 1913.

Pagkalipas ng tatlong taon, noong 1916, isang mas tumpak na eksperimento ang isinagawa ng mga pisika ng Amerikano na sina Richard Tolman at Thomas Stewart, na sa kanilang trabaho ay hindi lamang nagpakita na ang elektron ay may isang masa sa isang metal, ngunit din tumpak na sinusukat ito sa pamamagitan ng isang hindi tuwirang pamamaraan gamit ang isang galvanometer.

Upang maunawaan ang prinsipyo ng mga maagang eksperimento na ito, isipin ang isang tram kung saan ang mga pasahero ay nagtatrabaho nang maaga sa umaga. Narito ang tram ay nagkalat ayon sa nararapat, at sa harap nito ang isang nakakalat na pedestrian ay naubusan nang tama.

Ang driver ng tram, na nais na mailigtas ang buhay ng mahihirap na kapwa, ay mahigpit na pinindot sa preno - ang mga pasahero sa kompartimento ng pasahero ay agad na hinipan ng buong pulutong. At hinipan ito ng mga ito ng lakas ng pagkawalang-galaw, dahil ang bawat pasahero ay may misa. At ang mga pasahero na pinakamalapit sa cabin ng tram ay sasaktan ang dingding nang masakit.

Inisip ng Mandelstam at Papaleksi ang parehong paraan. Kumuha sila ng isang coil ng wire, nilagyan ng mga contact ng sliding na mga konklusyon na nakahiwalay mula sa kaso, at nakakonekta ang isang speaker (earphone) sa mga sliding contact. Tinanggal nila ang likid sa kanan - biglang tumigil - isang pag-click na tunog sa dinamika.

Baluktot sa kaliwa - nang mahigpit na braked - i-click muli sa dinamika. Konklusyon: sa sandaling itigil ang likid, isang kasalukuyang pulso ay dumadaan sa wire nito, na lumilitaw dahil sa ang katunayan na ang mga electron sa oras ng pagpepreno ng coil ay itinapon sa gilid ng kawad, tulad ng mga pasahero sa isang tram.

At ang puwersa ng pagkawalang-galaw dito ay gumaganap ng papel ng isang panlabas na puwersa, na lumilikha ng kung ano ang maaaring masukat bilang EMF. Ang konklusyon na ito, siyempre, ay hindi nagpapahintulot sa mga mananaliksik na kilalanin ang tanda ng mga carrier ng singil at sa paanuman natatanging makilala ang mga ito, gayunpaman, ang eksperimento sa pamamagitan ng Mandelstam at Papaleksi ay malinaw na ipinakita na ang kasalukuyang sa mga metal ay pinapanatili ang daanan nito sa pamamagitan ng kristal na lattice, na nangangahulugang ito ay konektado sa libre singilin ang mga tagadala.

Nagpasya sina Tolman at Stuart na magtungo nang kaunti. Nasugatan din nila ang coil, tanging ang haba ng kawad ay sinusukat nang eksakto na katumbas ng 500 metro, at nagsimulang maluwag ito. Hindi ito pinakawalan hanggang sa isang linear na tulin ng eksaktong 500 m / s ay naabot upang malaman ang ratio sa pagitan ng nakuha na emf at acceleration.

Hindi isang tagapagsalita, ngunit isang mas nagbibigay-kaalaman na aparato, isang galvanometer, ay konektado sa mga sliding terminals ng coil. Sa pagtatapos ng eksperimento, isinama ng mga mananaliksik ang labis na puwersa sa kahabaan ng buong haba ng konduktor ng coil, at nakakuha ng isang expression para sa EMF na nilikha ng extraneous inertia force kapag ang bilis ay nagbabago sa zero.

Ang kabuuang singil na tumatakbo sa konduktor ay maaaring kalkulahin ayon sa batas ng Ohm, na isinasaalang-alang ang paglaban ng coil wire. Kaya, alam ang bilis ng wire bago ang pagpepreno, ang haba ng kawad, ang pagtutol nito, direksyon ng pag-ikot, oras ng pagpepreno, kadakilaan at pag-sign ng emf, maaari mong makita ang tanda at kadakilaan ng tukoy na singil, na ginawa ng Stuart at Tolman.

Ngayon hindi na tila kakaiba sa sinuman na ang ratio ng singil ng elektron sa masa na sinusukat nina Stuart at Tolman ay kasabay ng nakuha na halos 20 taon na ang nakalilipas, noong 1897 ni J.J. Si Thomson, ang tukoy na singil ng mga particle na bumubuo sa mga sinag ng katod. Marahil alam namin ngayon na ang parehong mga cathode ray at ang kasalukuyang sa mga metal ay nabuo mula sa parehong negatibong sisingilin sa elementarya - mga elektron.