Inertie elektronu: Tolman - Stuart a Mandelstam - Papaleksi experimenty

Experimenty na nalezení odpovědi na otázku, zda elektrony mají inertní hmotu, provedli vědci na samém začátku 20. století. Tyto experimenty pomohly tehdejší vědecké komunitě etablovat se v přijetí skutečnosti, že elektrický proud v kovech je tvořen přesně záporně nabitými částicemi - elektrony a nikoli kladně nabitými ionty, jak by se dalo předpokládat.

První kvalitativní experiment, který ilustroval, že nabité částice tvořící elektrický proud v kovech přesně mají hmotu, provedli vědci (tehdy Ruská říše) Leonid Isaakovič Mandelstam a Nikolai Dmitrievič Papaleksi, k tomu došlo v roce 1913.

O tři roky později, v roce 1916, byl proveden přesnější experiment americkými fyziky Richardem Tolmanem a Thomasem Stewartem, kteří ve své práci nejen ukázali, že elektron má hmotnost v kovu, ale také ji přesně změřil nepřímou metodou pomocí galvanometru.

Abychom pochopili princip těchto časných experimentů, představte si tramvaj, na které cestující chodí do práce brzy ráno. Zde byla tramvaj rozptýlena tak, jak měla, a před ní vyběhl po cestě roztroušený chodec.

Řidič tramvaje, který chce zachránit život chudých, prudce tlačí na brzdy - cestující v prostoru pro cestující jsou okamžitě odfouknuti celým davem. A fouká je silou setrvačnosti, protože každý cestující má hmotnost. A ti cestující, kteří byli nejblíže tramvajové kabině, bolestivě zasáhnou zeď.

Mandelstam a Papaleksi mysleli přibližně stejným způsobem. Vzali si cívku drátu vybavenou posuvnými kontakty, její závěry byly izolovány od pouzdra, a k posuvným kontaktům připojili reproduktor (sluchátka). Odvíjeli cívku doprava - náhle se zastavili - kliknutí znělo dynamicky.

Zkroucený doleva - ostře zabrzděný - znovu klikněte v dynamice. Závěr: v okamžiku zastavení cívky prochází její drát proudový pulz, který se objevuje v důsledku skutečnosti, že elektrony v době brzdění cívky jsou odhozeny k okraji drátu, jako cestující v tramvaji.

A síla setrvačnosti zde hraje roli vnější síly, která vytváří to, co lze měřit jako EMF. Tento závěr samozřejmě neumožnil vědcům rozpoznat znamení nosičů nábojů a nějak je jednoznačně identifikovat, nicméně experiment Mandelstam a Papaleksi jasně ukázal, že proud v kovech udržuje svou cestu skrze krystalovou mříž, což znamená, že je spojen s volnými dopravci poplatků.

Tolman a Stuart se rozhodli jít trochu dále. Navíjeli také cívku, měřila se pouze délka drátu přesně stejná jako 500 metrů, a začali ji odvíjet. Dokud nebylo dosaženo lineární rychlosti přesně 500 m / s, byl zjištěn poměr mezi získaným emf a zrychlením.

K posuvným terminálům cívky již nebyl připojen reproduktor, ale více informativní zařízení, galvanometr. Na konci experimentu vědci integrovali vnější sílu po celé délce vodiče cívky a získali výraz pro EMF vytvořený vnější energií setrvačné síly, když se rychlost změní na nulu.

Celkový náboj, který prošel dirigentem, mohl být vypočten podle Ohmova zákona, s přihlédnutím k odporu cívkového drátu. Takže když znáte rychlost drátu před brzděním, délku drátu, jeho odpor, směr otáčení, dobu brzdění, velikost a znaménko emf, můžete najít znaménko a velikost specifického náboje, které provedli Stuart a Tolman.

Dnes se už nikomu nezdá divné, že poměr náboje elektronů k hmotnosti měřený Stuartem a Tolmanem se shodoval s poměrem získaným téměř před 20 lety, v roce 1897 J.J. Thomson, specifický náboj částic, které tvořily katodové paprsky. Nyní pravděpodobně víme, že katodové paprsky i proud v kovech jsou tvořeny ze stejných negativně nabitých elementárních částic - elektronů.