naf-st.ru naf-st.ru naf-st.ru naf-st.ru
 
Поиск по сайту
 

Электрон. Что это такое?


Электрическое поле К содержанию Магнитное поле
Page copy protected against web site content infringement by Copyscape

Александр Григорьевич Столетов - знаменитый ученый, занимался физикой в Гейдельберге, Геттингене, Берлине, Париже, и опять же, в Гейдельберге в лаборатории небезызвестного Кирхгофа. Столетов ставил опыты с тем, что сам назвал актиноэлектрическим эффектом. Самый простой опыт выглядел следующим образом.

Столетов взял плоскую цинковую пластину А и металлическую сетку B и составил из них конденсатор (см. рис.). Пластинки соединил с электрической батареей и гальванометром.


Опыт Столетова

Рис. 1 - Опыт Столетова

В результате соединения цинковая пластина оказалась заряжена отрицательно, а металлическая сетка - положительно. Гальванометр, естественно, ничего не показывал, т.к. между пластинками воздух, а в обычном состоянии воздух - это изолятор, диэлектрик.

Затем Столетов осветил цинковую пластинку светом электрической дуги (рис. 2). И сразу гальванометр показал наличие тока.


Опыт Столетова

Рис. 2 - Опыт Столетова

Раз протекает ток, значит отрицательно заряженная пластина теряет ток и он переносится через воздух к металлической сетке, заряженной положительно.

Подобных опытов Столетов поставил много и установил:

  • Тело теряет заряд только в том случае, если оно заряжено отрицательно. Заряд тела не пропадает под влиянием света, если оно заряжено положительно.
  • Явление вызывается преимущественно ультрафиолетовыми лучами.
  • Разряжающее действие лучей пропорционально их энергии.
  • Разряжающее действие лучей обнаруживается даже при весьма кратковременном освещении, причем между началом освещения и началом разряда не протекает заметного времени.

Столетов повторял свой опыт, помещая пластинку и сетку в вакуум. Пластинки он брал не только из цинка, но и из других металлов. Актиноэлектрический эффект проявлялся в вакууме и с любыми металлами. Ныне актиноэлектрический эффект называется фотоэффектом.

В Кембриджском университете в Англии работали два знаменитых физика. Один из них более знаменитый, он же Уильям Томсон, он же лорд Кельвин (1824-1907), второй немножко менее знаменитый - Джозеф Джон Томсон, он же Джи-Джи (1856-1940). Кстати, Джи-Джи прозвали его ученики, среди которых был и не менее известный Резерфорд

Итак, Джи-Джи повторил опыты Столетова и стал думать-рассуждать: раз между пластинами вакуум, значит ничего такого, чтобы проводило ток, между ними нет. Наблюдается актиноэлектрический (фото-) эффект только тогда, когда освещают отрицательно заряженную пластину. Остается предполагать только то, что от пластины отрываются частички отрицательного электричества и через вакуум переносятся к положительно заряженной сетке. Именно эти частички и есть электроны, предположил Джи-Джи. Ему удалось даже сосчитать количество отдельных частичек.

Какое-то время работал в Англии советский физик Абрам Федорович Иоффе (1880-1960). Помимо научных достижений, был также известен своим заботливым отношением к ученикам, которые называли его не иначе, как "папа Иоффе". Так вот, взял Иоффе круглый стеклянный сосуд, поместил туда два электрода и соединил сосуд трубкой со стеклянной банкой побольше. В банку Иоффе поместил конденсатор. В верхней пластине конденсатора проделал отверстие и в это отверстие пропустил трубку от верхнего сосуда.


Опыт Иоффе

Рис. 3 - Опыт Иоффе

Электроды в верхнем сосуде Иоффе соединил с источником высокого напряжения. Между пластинами возник электрический разряд, пластины начали распыляться, и мельчайшие металлические пылинки падали вниз, попадая в пространство между пластинами конденсатора. Падая, пылинки заряжались электричеством в результате трения о воздух. Вниз пылинки тянет сила тяжести, вверх (если правильно подобрать знаки зарядов на пластинах) пылинки тянет сила электрического поля, равная qE, где q - заряд пылинки, а E - напряженность электрического поля, которая в плоском конденсаторе повсюду одинаковая.

Заряды на пластинах конденсатора можно подобрать таким образом, что сила, действующая со стороны поля, уравновесит силу веса, и пылинка неподвижно повиснет в воздухе. За такими неподвижными пылинками в воздухе Иоффе наблюдал через стенку банки в микроскоп.

Затем Иоффе осветил неподвижно висящие пылинки ультрафиолетовыми лучами. Получился эффект Столетова, в результате чего пылинки начали терять свой заряд и падать вниз (рис. 4). Но Иоффе не дал им спокойно упасть. Он увеличил заряды на пластинах конденсатора, т.е. увеличил напряженность поля и снова уравновесил пылинки


Опыт Иоффе

Рис. 4 - Опыт Иоффе

Осталось только подсчитать: сила, действующая вверх, для того, чтобы пылинка не падала и не поднималась, должна быть в точности равна весу пылинки. Если заряд пылинки уменьшился на какую-то величину, то на такую же величину нужно увеличить напряженность поля. На какую именно величину надо увеличить напряженность поля, Иоффе знал из опыта, он ведь сам менял поля. Стало быть, он знал, какое количество заряда теряет пылинка. Отрицательно заряженная пылинка может потерять свой заряд одним единственным способом - если под влиянием освещения ультрафиолетовыми лучами с нее уходят отрицательно заряженные электроны. Вот так-то и можно вычислить заряд электрона.

Похожий опыт немного раньше ставил американский ученый Милликен. Результаты опыта Милликена много раз проверялись. Теперь досконально известно: заряд электрона, или количество отрицательного электричества, содержащееся в электроне равно 1,601x10-19 кулона.

Ну что ж, заряд электрона нам известен. Попробуем поставить еще один эксперимент. Возьмем все ту же бутылку, из которой воздух выкачан, т.е. бутылку с вакуумом. Около горлышка бутылки поместим металлическую проволочку, ну, например, из нихрома. Подключим проволочку к источнику напряжения. Что получится? Правильно, проволочка будет разогреваться. Разогреем ее хорошенечко. В результате разогрева проволоки из нее начнут вылетать электроны. Почему это происходит, поясним в дальнейшем, пока нам интересно другое. Так вот, около проволочки поставим металлическую пластину с небольшой дыркой. Среди электронов, вылетающих из нагретой проволки будут очень шустрые. Если такой шустрый электрон вылетел из проволоки, то и деваться ему больше некуда, как долететь до дна бутылки. Воздуха в бутылке нет, ничто не мешает электрону этого сделать. С какой скоростью вылетел из проволоки, с такой же до дна и долетит.

Дно бутылки смазано специальным веществом - "люминофором". Электроны, долетающие до дна, заставляют люминофор светиться. На дне бутылки мы увидим световое пятно. Теперь поместим в бутылку конденсатор. Зарядим пластины конденсатора. Верхнюю пластину зарядим положительно, нижнюю - отрицательно. В конденсаторе возникает электрическое поле, а значит, сила, стремящаяся поднять вверх пролетающий через конденсатор электрон.

В результате наблюдается такая картина на дне бутылки: когда конденсатор разряжен, в центре дна бутылки наблюдается световое пятно, когда же конденсатор заряжен, пятно поднимается вверх. Вроде бы все логично. Электроны пролетают через заряженный конденсатор, а значит, через электрическое поле и на них начинает действовать сила, направленная вертикально вверх. Следовательно, электроны отклоняются от своего пути, пятно на дне бутылки перемещается вверх. Но тогда возникает вопрос. Пока электроны летят в вакууме, на них никакие силы не действуют. Когда электроны попадают в заряженный конденсатор, на них действует одна единственная сила, как уже говорилось, направленная вертикально вверх. Ну и летели бы они вертикально вверх к положительно заряженной пластине. Так нет же! Долетают до дна, правда, перемещаясь вверх. Но долетают!

Что?! Кто сказал "по инерции"? Правильно! Еще Ньютон установил: всякое тело стремится сохранить состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, пока другое тело не выведет его из этого состояния. Так и электроны стремятся сохранить состояние. Только вот под действием поля движение становится криволинейным, но равномерным оно остается. Вроде бы и тут все верно. Однако закону Ньютона (закону инерции) подчиняются только тела, обладающие массой. Получается, что и электрон должен обладать массой. Но кто его знает, что там, в вакууме происходит, может инерция, а может еще что...

Решили ученые проверить сие обстоятельство. Если электрон обладает массой, значит способность двигаться по инерции должна проявляться повсюду, а не только в электрическом поле. Русские ученые Мандельштам и Папалекси поставили в 1913 году следующий опыт. Взяли катушку с проводом и стали раскручивать ее в разные стороны. Мотив был таков: раз электрон обладает массой, значит, когда катушка останавливается, электроны еще некоторое время должны двигаться по инерции. А движение электронов по проводу есть не что иное, как электрический ток. Подсоединили к концам провода телефон и услышали звук. А раз есть звук, значит по проводу ток протекает.

Этот опыт повторили американцы Толмен и Стюарт в 1916 году. Только вместо телефона к катушке подсоединили прибор для измерения заряда. Поэтому им удалось доказать не только наличие у электрона массы, но и измерить ее. Данные Толмена и Стюарта в последствии неоднократно проверялись и уточнялись, и на сей момент известно, что масса электрона 9,109x10-31 кг.

Ну и что же такое электрон? Это шарик маленький, очень малюсенький, заряженный отрицательным электричеством. Поскольку заряжен, значит вокруг этого шарика имеется электрическое поле, напряженность которого изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от центра этого поля. Почему именно шарик, а не кубик, или, скажем, пирамидка? Да потому что, сколько опытов ни ставили, ни разу не было замечено, чтобы поле электрона в одном направлении как-то отличалось от поля в другом направлении. А таким свойством обладает электрическое поле заряженного шара.

Page copy protected against web site content infringement by Copyscape
Электрическое поле К содержанию Магнитное поле
репетитор,гдз,преподователь,учитель
Новости:




 

copyright © 2003-2017 naf-st.ru, info@naf-st.ru
При полном, либо частичном цитировании материалов сайта naf-st.ru ссылка (для интернет изданий гиперссылка) обязательна!!! Будьте взаимовежливы!

Хостинг «Джино»
Карта сайта
Поиск по сайту
Помощь
Новости
Обратная связь
Карта сайта
Поиск по сайту
Помощь
Новости
Обратная связь