Как ученые узнали о существовании электронов

Автор:
NikoniX
Печать
дата:
25 апреля 2019 00:24
Просмотров:
407
Комментариев:
0
К концу 19 века в области исследования электричества было сделано очень много. Работы Франклина, Гельмгольца, Ампера, Фарадея привели, в конечном итоге, к созданию системы уравнений Джорджа Максвелла, теоретически описывающей явления электродинамики. Однако свободного носителя электрического заряда найти все не удавалось.

Как ученые узнали о существовании электронов

Источник изображения: forsal.pl




Как были открыты электроны

Важным в исследовании свойств электричества в то время было изучение катодных лучей. Для изучения использовалась стеклянная трубка с откачанным до низкого давления воздухом, с разных концов которой было впаяно по электроду. Один из электродов (анод) подключался к положительному полюсу электрической батареи, второй (катод) - к отрицательному. Стоило подать на электроды напряжение, как разреженный газ начинал светиться в районе катода, при повышении напряжения свечение распространялось на всю длину трубки. Но если откачивать газ еще больше, то свечение оставалось только в районе анода.

Как ученые узнали о существовании электронов

Трубка Гейсслера. Источник изображения: Энциклопедия С. Оргельбранда (1898 г)


Катодные лучи учеными мира трактовались по-разному - кто-то полагал, что напряжение возбуждает эфирные волны подобные световым, другие утверждали, что происходит перенос атомов или молекул. Сторонники корпускулярной гипотезы доказывали свою точку зрения отклонением катодных лучей под воздействием внешнего магнитного поля. Аргументом «волновиков» было прохождение лучей сквозь тонкую алюминиевую фольгу.

Корпускулы Томсона

В 1895 году опыты с катодными лучами начал молодой англичанин Джозеф Джон Томсон (сторонник корпускулярной теории катодных лучей), работавший в Кавендишской лаборатории университета Кембриджа. Для своих опытов физик усовершенствовал катодно-анодную трубку, дополнив ее электрическими катушками для создания наведенного магнитного поля, внешнее электрическое поле в трубке создавалось за счет конденсаторных пластин. Такое усовершенствование дало возможность исследовать поведение катодных лучей под воздействием комбинированных электрических и магнитных полей.

Как ученые узнали о существовании электронов

Джозеф Джон Томсон в лаборатории. Источник изображения: commons.wikimedia.org


В процессе двухлетней работы Томсон установил, что катодные лучи отклоняются под действием магнитного или электрического поля, действующих поодиночке. Кроме того, англичанину удалось добиться сбалансированного воздействия электрического и магнитного полей, при котором катодные лучи не отклонялись, в этой ситуации действие полей уравновешивало друг друга.

Ряд измерений показал, что соотношение полей для уравновешивания их воздействия имеет зависимость от скорости движения частиц внутри трубки. Дальнейшее измерение скорости катодных лучей показало, что она значительно ниже скорости света. Это уже было торжество корпускулярной теории - поскольку все электромагнитные волны (включая свет) движутся с одинаковой скоростью. Томсон и назвал излучаемые катодом частицы «корпускулами». Позднее их переименовали в электроны.

30 апреля Джозеф Томсон предоставил Лондонскому Королевскому обществу доклад о проведенных испытаниях и совершенном открытии. Именно этот день и считается днем, когда был открыт электрон. Заодно с признанием работ Томсона, английским ученым мужам пришлось признать, что атомы не являются неделимыми, поскольку электронам, больше кроме как из атома излучаться было неоткуда.

Модели атомов

Сам Томсон и разработал первую модель сложного атома. Согласно представлениям англичанина, в центре атома находится массивное ядро, которое имеет положительный заряд. Внутри него содержатся крошечные отрицательно заряженные электроны (острые на язык англичане быстро назвали эту модель «пудинг с изюмом»).

Как ученые узнали о существовании электронов

Модель атома «пудинг с изюмом». Источник изображения: eodev.com


В целом атом является электрически нейтральным. Разделение зарядов происходит за счет отрыва от атома или захвата им электронов.

Но уже через 10 лет опыты Резерфорда показали, что электроны вращаются вокруг массивного, но все же относительно небольшого положительно заряженного ядра.

Как ученые узнали о существовании электронов

Планетарная модель атома. Источник изображения: cknow.ru


Так начала создаваться привычная школьникам планетарная модель атома. А Кавендишская лаборатория стала одним из научных центров мира.

Не остались забытыми и катодно-анодные трубки с помощью которых проводились эксперименты. Их, правда, стали называть электронно-лучевыми трубками и на их основе создали кинескопы телевизоров.

Как ученые узнали о существовании электронов

Упрощённая схема электронно-лучевой трубки. Источник изображения: hep.by (Центр физики частиц и высоких энергий НИИ ЯП БГУ)


За счет воздействия электрических и магнитных полей стала осуществляться горизонтальная и вертикальная развертка мест бомбардировки фосфоресцирующих ячеек телеэкрана электронами, что и позволяло создавать изображение.

0 не понравился
1 понравился пост
 
Незарегистрированные посетители не могут оценивать посты
 
 
 
 


 
 
 
 

Информация

 
 
 
 
 
 
 
 
 

Оставлять свои CRAZY комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
Пожалуйста пройдите простую процедуру регистрации или авторизируйтесь под своим логином. Также вы можете войти на сайт, используя существующий профиль в социальных сетях (Вконтакте, Одноклассники, Facebook, Twitter и другие)

 
 
 
 
 
Наверх