Inertie d'un électron: Tolman - Stuart et Mandelstam - Expériences Papaleksi

Des expériences visant à trouver la réponse à la question de savoir si les électrons ont une masse inerte ont été menées par des scientifiques au tout début du XXe siècle. Ces expériences ont aidé la communauté scientifique de l'époque à s'établir en acceptant le fait que le courant électrique dans les métaux est formé précisément par des particules chargées négativement - des électrons et non des ions chargés positivement, comme on pourrait le supposer.

La première expérience qualitative, qui a illustré que les particules chargées formant le courant électrique dans les métaux possèdent précisément une masse, a été réalisée par des scientifiques (alors l'Empire russe) Leonid Isaakovich Mandelstam et Nikolai Dmitrievich Papaleksi, celle-ci a eu lieu en 1913.

Trois ans plus tard, en 1916, une expérience plus précise a été menée par les physiciens américains Richard Tolman et Thomas Stewart, qui, dans leur travail, ont non seulement montré que l'électron avait une masse dans un métal, mais l'a également mesurée avec précision par une méthode indirecte à l'aide d'un galvanomètre.

Pour comprendre le principe de ces premières expériences, imaginez un tramway sur lequel les passagers se rendent au travail tôt le matin. Ici, le tramway était dispersé comme il se doit, et devant lui, un piéton dispersé sort en courant.

Le conducteur du tramway, voulant sauver la vie du pauvre, appuie fortement sur les freins - les passagers de l'habitacle sont instantanément époustouflés par toute la foule. Et cela les souffle avec la force de l'inertie, car chaque passager a une masse. Et les passagers les plus proches de la cabine du tramway heurteront douloureusement le mur.

Mandelstam et Papaleksi ont pensé à peu près de la même manière. Ils ont pris une bobine de fil, équipée de contacts coulissants isolés de ses conclusions et ont connecté un haut-parleur (écouteur) aux contacts coulissants. Ils déroulèrent la bobine vers la droite - brusquement arrêtée - un déclic retentit dans la dynamique.

Tordu vers la gauche - fortement freiné - cliquez à nouveau en dynamique. Conclusion: au moment d'arrêter la bobine, une impulsion de courant passe à travers son fil, ce qui apparaît du fait que les électrons au moment du freinage de la bobine sont rejetés au bord du fil, comme les passagers d'un tramway.

Et la force d'inertie joue ici le rôle d'une force externe, qui crée ce qui peut être mesuré comme EMF. Cette conclusion, bien sûr, n'a pas permis aux chercheurs de reconnaître le signe des porteurs de charge et de les identifier de manière unique, cependant, l'expérience de Mandelstam et Papaleksi a clairement montré que le courant dans les métaux continue à traverser le réseau cristallin, ce qui signifie qu'il est connecté au libre les transporteurs de charge.

Tolman et Stuart ont décidé d'aller un peu plus loin. Ils ont également enroulé la bobine, seule la longueur du fil a été mesurée exactement égale à 500 mètres et a commencé à la dérouler. Il n'a pas été tordu jusqu'à ce qu'une vitesse linéaire d'exactement 500 m / s soit atteinte afin de connaître le rapport entre la FEM obtenue et l'accélération.

Déjà pas un haut-parleur, mais un appareil plus informatif, un galvanomètre, était connecté aux bornes coulissantes de la bobine. À la fin de l'expérience, les chercheurs ont intégré la force étrangère sur toute la longueur du conducteur de la bobine et ont obtenu une expression pour l'EMF créée par la force d'inertie étrangère lorsque la vitesse passe à zéro.

La charge totale qui a traversé le conducteur a pu être calculée selon la loi d'Ohm, en tenant compte de la résistance du fil de la bobine. Ainsi, connaissant la vitesse du fil avant le freinage, la longueur du fil, sa résistance, le sens de rotation, le temps de freinage, l'amplitude et le signe de la fem, vous pouvez trouver le signe et l'ampleur de la charge spécifique, ce qui a été fait par Stuart et Tolman.

Aujourd'hui, il ne semble plus étrange à personne que le rapport de la charge d'électrons à la masse mesuré par Stuart et Tolman coïncide avec celui obtenu il y a près de 20 ans, en 1897 par J.J. Thomson, la charge spécifique des particules qui composent les rayons cathodiques. Nous savons maintenant probablement que les rayons cathodiques et le courant dans les métaux sont formés à partir des mêmes particules élémentaires chargées négativement - les électrons.