Предметы которые я решаю
Предметы которые я решаю
Отзывы от студентов
Решение задач, тестов, контрольных, написание курсовых, дипломов и многое другое...
Решение задач по высшей математике
Решение задач по теории вероятности
Решение задач по сопромату
Решение задач по электротехнике тоэ
Решение задач по теплотехнике
Решение задач по гидравлике
Решение задач по теоретической механике
Решение задач по экономике
Решение задач по материаловедению
Решение задач по физике
Решение задач по химии
Решение задач по метрологии
Повышение оригинальности
Инженерная графика
Начертательная геометрия
Оценки моей работы
Оценки моей работы
Хочешь быть умным?
Хочешь быть умным?
Мой научный блог
Банк готовых задач
КАТОДНЫЕ ЛУЧИ. ОТКРЫТИЕ ЭЛЕКТРОНА
КАТОДНЫЕ ЛУЧИ. ОТКРЫТИЕ ЭЛЕКТРОНА Первыми частицами, у которых были обнаружены волновые свойства, были электроны. Электроны были открыты в 1897 г. английским физиком Дж. Дж. Томсоном в Кавендишской физической лаборатории Кембриджа. Открытию электрона предшествовали увлекательные физические исследования, в которых приняли участие многие физики разных стран. В 1838 г. М. Фарадей, наблюдая электрический разряд в газах при пониженном давлении, обнаружил фиолетовое свечение столба воздуха у анода и темное пространство у катода. В 1855 г. немецкий инженер Генрих Гейсслер (1814— 1879) создает ртутный вакуумный насос и изобретает вакуумные трубки с впаянными в них металлическими электродами и заполненными различными газами при пониженном давлении. Если на электроды гейссле-ровской трубки подать электрическое напряжение в несколько десятков тысяч вольт, то в газе происходит электрический разряд, и газ начинает светиться характерным для него светом. На рисунке 107 показаны гейсслеровская трубка, наполненная гелием, и ее свечение под действием электрического разряда. В 1858 г. немецкий физик Юлиус Плюккер (1801—1868) открывает неизвестное излучение, испускаемое катодом гейсслеров-ской трубки, и называет его катодными лучами. Он же замечает, что катодные лучи вызывают зеленоватое свечение стеклянных стенок трубки. В 1859 г. немецкие физики профессора Гейдельбергского университета Роберт Бунзен (1811—1899) иГустав Кирхгоф (1824—1887), изучая особенности электрического разряда в газах при пониженном давлении, открывают спектральный анализ. Спектральный анализ — это метод определения химического состава вещества по спектральному составу излучения этого вещества. Со временем спектральный анализ стал одним из самых чувствительных и точных методов по определению состава различных тел. В 1869 г. Иоганн Гитторф (1824—1914), ученик Плкж-кера, помещает между катодом и анодом внутри трубки препятствиеи обнаруживает тень от препятствия, создаваемую катодными лучами (рис. 108). ^ В 1879 г. английский физик Уильям Кру кс (1832-1919) создает вакуумные трубки с впаянными внутри их различными лю-минесцирующими веществами, вертушками и другими устройства-„г ми. Под действием катодных лучей вещества испускали разноцветные световые лучи, вертушки вращались, отбрасывая тень на поверхность стеклянной колбы, светив-* шуюся таинственным зеленым светом (рис. 109). Эксперименты с круксовыми трубками привлекли внимание людей, далеких от физи-' ки, к физическим явлениям, вызванным катодными лучами. В 1883 г. Генрих Герц в серии экспериментов показал, что катод- ные лучи не переносят электрического заряда, что оказалось не соответствующим действительности. Герц также установил, что катодные лучи способны проходить через тонкие слои (фольги) различных металлов. В 1884 г. английский физик Артур Шустер (1851 — 1934) предложил использовать для изучения свойств катодных лучей магнитное поле. В 1894 г. Филипп Ленард, ученик Герца, вывел катодные лучи из вакуумной трубки наружу и обнаружил, что длина свободного пробега лучей в воздухе составляет при атмосферном давлении около 1 см. Для объяснения наблюдаемых свойств катодных лучей были выдвинуты две гипотезы. Немецкие физики Гольдштейн, Герц, Виде-манн в 1880 г. предполагали, что катодные лучи — это электромагнитные волны. Это предположение как будто подтверждалось и последующими исследованиями Герца об отсутствии у катодных лучей электрического заряда. Однако английские физики придерживались другой точки зрения. Так, Крукс рассматривал катодные лучи как поток молекул газа, находящегося внутри трубки, получивших отрицательный заряд при столкновении с катодом трубки. Артур Шустер предложил считать катодные лучи потоком отрицательно заряженных частиц, образовавшихся в результате распада молекул в газовом разряде. Экспериментальные исследования Шустера по отклонению катодных лучей в магнитном поле опровергали опыты Герца, не обнаружившего электрического заряда у катодных лучей. Из экспериментов Шустера следовало, что катодные лучи переносят отрицательный заряд. Этот же вывод следовал из опытов французского физика Жана Перрена (1870—1942), проведенных им в 1895 г. по определению знака заряда катодных лучей. Используя результаты исследований Шустера, Перрена, Ленар-да, молодой английский физик Дж. Дж. Томсон создает экспериментальную установку, с помощью которой ему удается измерить скорость катодных лучей, которые он рассматривал как поток отрицательно заряженных частиц. Основная идея эксперимента Томсона заключается в том, что катодные лучи как отрицательно заряженные частицы могут взаимодействовать как с электрическим, так и с магнитным полем. Если предположить, что электрический заряд каждой из частиц, образующих катодные лучи, равен е, то в электрическом поле напряженностью Е на частицу будет действовать сила,равная еЕ, а в магнитном поле с индукцией В, направленной перпендикулярно скорости движения частицы и, на частицу будет действовать сила, равная evB. В скрещенных электрическом и магнитном полях, для которых направления Е и В перпендикулярны друг другу, как показано на рисунке 110, электрическая сила и магнитная сила, действующие на движущуюся частицу, будут направлены в противоположные стороны. Подбором значений Е и В можно добиться равенства этих сил. При этом катодные лучи не будут отклоняться, проходя через скрещенные электрические и магнитные поля. В этом случае еЕ = еиВ. Отсюда можно определить значение скорости катодных лучей: и = Е/В. Зная скорость катодных лучей, можно рассчитать отношение заряда частицы к ее массе по измерению радиуса окружности, по которой частица движется в магнитном поле (рис. 111). В этом случае сила Лоренца, действующая на частицу, является центростремительной силой. Рис. щ. Движение заряженной час-По второму закону Ньютона тицы в магнитном поле В и о mv2/R = evB. Отсюда с учетом выражения для скорости катодных лучей можно получить выражение для отношения е/т\ е/т = E/B2R. В результате проведенных экспериментальных исследований оказалось, что отношение е/т для катодных лучей равно 1,7-10" Кл/кг. Томсон установил, что отношение заряда к массе частиц, входящих в состав катодных лучей, не зависит от состава газа, заполняющего вакуумную трубку, а размеры частиц значительно меньше размеров известных молекул. Все это дайало основание утверждать, что катодные лучи представляют поток частиц, ранее неизвестных физике, обладающих отрицательным электрическим зарядом, весьма малой массой и размерами. Ирландский физик Георг Стоней (1826—1911) еще в 1874 г., исходя из анализа законов электролиза Фарадея, пришел к выводу о дискретной структуре электричества. В 1891 г. он предложил элементарный электрический заряд называть электроном. Открытие Томсона дискретной структуры катодных лучей создавало физическую основу для подтверждения идеи Стонея о дискретности электрического заряда. Последующие многочисленные эксперименты позволили отождествить катодные лучи с потоком электронов. Электрический заряд электрона был измерен американским физиком Робертом Милликеном (1868—1953) в 1910—1914 гг.' и оказался равным 1,6-10" Кл. Для массы электрона была получена величина, равная 9,1 • 10"3' кг. За свои работы по определению отношения е/т для катодных лучей, которые привели к открытию первой элементарной частицы — электрона, Томсон был удостоен Нобелевской премии по физике в 1906 г., а Милликен за измерение заряда электрона стал Нобелевским лауреатом в 1923 г. ? Вопросы 1. Что привело к открытию катодных лучей? 2. Какие свойства проявляют катодные лучи? 3. Какова природа катодных лучей? 4. Какой метод использовал Томсон для измерения скорости катодных лучей? 5. Как Томсон определил отношение е/т для катодных лучей? 6. Чему равен заряд электрона?