Инерция на електрон: експерименти Толман - Стюарт и Манделстам - Папалекси

Експерименти, за да намерят отговор на въпроса дали електроните имат инертна маса, са проведени от учените в самото начало на 20 век. Тези експерименти помогнаха на научната общност от онова време да се утвърди в приемането на факта, че електрическият ток в металите се образува именно от отрицателно заредени частици - електрони, а не положително заредени йони, както може да се предположи.

Първият качествен експеримент, който илюстрира, че заредените частици, образуващи електрическия ток в металите, точно притежаващи маса, са проведени от учени (тогава Руската империя) Леонид Исаакович Манделстам и Николай Дмитриевич Папалекси, това се провежда през 1913 г.

Три години по-късно, през 1916 г., по-точен експеримент са проведени от американските физици Ричард Толман и Томас Стюарт, които в своята работа не само показват, че електронът има маса в метал, но и точно го измерват по косвен метод, използвайки галванометър.

За да разберете принципа на тези ранни експерименти, представете си трамвай, с който пътниците отиват на работа рано сутринта. Тук трамвайът беше разпръснат както трябва, а пред него разпръснат пешеходец точно по пътя.

Шофьорът на трамвай, искайки да спаси живота на бедния човек, рязко натиска спирачките - пътниците в купето веднага се издуха от цялата тълпа. И ги духа със силата на инерцията, защото всеки пътник има маса. А онези пътници, които са били най-близо до кабината на трамвая, ще се ударят болезнено в стената.

Манделстам и Папалекси мислеха приблизително по един и същи начин. Взеха бобина от тел, оборудвани с плъзгащи се контакти, нейните заключения изолирани от кутията, и свързаха високоговорител (слушалки) към плъзгащите се контакти. Те развиха намотката вдясно - рязко спряха - едно щракване прозвуча динамично.

Изкривена вляво - рязко спирана - щракнете отново в динамика. Заключение: в момента на спиране на намотката през нейния проводник преминава токов импулс, което се появява поради факта, че електроните в момента на спиране на бобината се изхвърлят до ръба на жицата, като пътниците в трамвай.

И силата на инерцията тук играе ролята на външна сила, която създава това, което може да се измери като ЕМП. Този извод, разбира се, не позволи на изследователите да разпознаят знака на носителите на заряд и по някакъв начин еднозначно да ги идентифицират, обаче експериментът от Манделщам и Папалекси ясно показа, че токът в металите продължава своя път през кристалната решетка, което означава, че той е свързан със свободните превозвачи на такси.

Толман и Стюарт решиха да отидат още малко. Те също навиха намотката, само дължината на жицата беше измерена точно равна на 500 метра и започнаха да я развиват. Развива се, докато не се достигне линейна скорост от точно 500 m / s, за да се знае съотношението между получения емф и ускорението.

Вече не говорител, а по-информативно устройство, галванометър, беше свързано към плъзгащите клеми на бобината. В края на експеримента изследователите интегрирали външната сила по цялата дължина на проводника на бобината и получили израз за ЕМП, създаден от външната инерционна сила, когато скоростта се промени на нула.

Общият заряд, преминаващ през проводника, може да бъде изчислен съгласно закона на Ом, като се вземе предвид съпротивлението на проводника на бобината. И така, знаейки скоростта на жицата преди спиране, дължината на жицата, нейното съпротивление, посоката на въртене, времето на спиране, величината и знака на емф, можете да откриете знака и величината на конкретния заряд, който е извършен от Стюарт и Толман.

Днес вече не изглежда странно за никого, че съотношението на електронния заряд към масата, измерено от Стюарт и Толман, съвпада с това, получено преди почти 20 години, през 1897 г. от J.J. Томсън, специфичният заряд на частиците, съставляващи катодните лъчи. Вероятно сега знаем, че и катодните лъчи, и токът в металите се образуват от едни и същи отрицателно заредени елементарни частици - електрони.