ความเฉื่อยของอิเล็กตรอน: Tolman - Stuart และ Mandelstam - Papaleksi ทดลอง

การทดลองเพื่อค้นหาคำตอบสำหรับคำถามที่ว่านักวิทยาศาสตร์มีมวลเฉื่อยหรือไม่นั้นได้ดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 การทดลองเหล่านี้ช่วยให้ชุมชนวิทยาศาสตร์ในเวลานั้นยอมรับตัวเองในความจริงที่ว่ากระแสไฟฟ้าในโลหะเกิดขึ้นอย่างแม่นยำโดยอนุภาคที่มีประจุลบ - อิเล็กตรอนและไม่ได้ประจุไอออนบวกอย่างที่ใคร ๆ คิด

การทดลองเชิงคุณภาพครั้งแรกซึ่งแสดงให้เห็นว่าอนุภาคที่มีประจุซึ่งก่อให้เกิดกระแสไฟฟ้าในโลหะมีความแม่นยำมีมวลถูกดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์ (จากนั้นจักรวรรดิรัสเซีย) Leonid Isaakovich Mandelstam และ Nikolai Dmitrievich Papaleksi เกิดขึ้นในปี 1913

สามปีต่อมาในปี 1916 การทดลองที่แม่นยำยิ่งขึ้นได้ดำเนินการโดยนักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน Richard Tolman และ Thomas Stewart ซึ่งในงานของพวกเขาไม่เพียง แต่แสดงให้เห็นว่าอิเล็กตรอนมีมวลในโลหะ แต่ยังวัดอย่างแม่นยำด้วยวิธีทางอ้อมโดยใช้เครื่องวัดกระแสไฟฟ้า

เพื่อทำความเข้าใจหลักการของการทดลองในช่วงต้นเหล่านี้ลองนึกภาพรถรางที่ผู้โดยสารไปทำงาน แต่เช้า ที่นี่รถรางก็แยกย้ายกันไปตามที่ควรและด้านหน้ามีคนเดินถนนกระจัดกระจายวิ่งออกไปตามทาง

คนขับรถรางซึ่งต้องการช่วยชีวิตเพื่อนยากจนกดเบรกอย่างแรง - ผู้โดยสารในห้องโดยสารถูกพัดพาไปโดยฝูงชนทั้งหมด และมันก็พัดพาพวกเขาด้วยแรงเฉื่อยเนื่องจากผู้โดยสารแต่ละคนมีมวล และผู้โดยสารที่อยู่ใกล้กับห้องโดยสารรถรางจะชนกำแพงอย่างเจ็บปวด

Mandelstam และ Papaleksi คิดในทำนองเดียวกัน พวกเขาเอาขดลวดมาพร้อมกับหน้าสัมผัสเลื่อนข้อสรุปที่แยกได้จากเคสและเชื่อมต่อลำโพง (หูฟัง) กับหน้าสัมผัสแบบเลื่อน พวกเขาคลายขดลวดไปทางขวา - หยุดทันที - คลิกฟังในพลวัต

บิดไปทางซ้าย - หยุดอย่างรวดเร็ว - คลิกอีกครั้งในการเปลี่ยนแปลง สรุป: ในขณะที่หยุดขดลวดกระแสพัลส์จะไหลผ่านสายของมันซึ่งปรากฏขึ้นเนื่องจากอิเล็กตรอนในขณะเบรกของขดลวดถูกทิ้งลงที่ขอบของลวดเช่นผู้โดยสารในรถราง

และแรงเฉื่อยที่นี่เล่นบทบาทของแรงภายนอกซึ่งสร้างสิ่งที่สามารถวัดได้เป็น EMF แน่นอนว่าข้อสรุปนี้ไม่อนุญาตให้นักวิจัยรับรู้ถึงสัญญาณของผู้ให้บริการที่มีประจุและไม่สามารถระบุตัวตนของมันได้อย่างไรก็ตามการทดลองของ Mandelstam และ Papaleksi แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่ากระแสในโลหะยังคงเดินผ่านผลึกตาข่ายซึ่งหมายความว่ามัน ผู้ให้บริการชาร์จ

โทลแมนและสจวร์ตตัดสินใจเพิ่มเติมอีกเล็กน้อย พวกเขายังคอยพันคอยล์ด้วยความยาวของเส้นลวดที่วัดได้เท่ากับ 500 เมตรและเริ่มคลายลง มันไม่ถูกบิดเบี้ยวจนกระทั่งความเร็วเชิงเส้นเท่ากับ 500 m / s เพื่อที่จะทราบอัตราส่วนระหว่างแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ได้และอัตราเร่ง

ตอนนี้ไม่ได้เป็นลำโพง แต่มีอุปกรณ์ที่ให้ข้อมูลมากกว่าหนึ่งอย่างคือกัลวาโนมิเตอร์นั้นเชื่อมต่อกับขั้วต่อแบบเลื่อนของขดลวด ในตอนท้ายของการทดลองนักวิจัยได้รวมแรงภายนอกกับความยาวทั้งหมดของตัวนำคอยล์และได้รับการแสดงออกของ EMF ที่สร้างขึ้นโดยแรงเฉื่อยภายนอกเมื่อความเร็วเปลี่ยนเป็นศูนย์

ประจุทั้งหมดที่ไหลผ่านตัวนำสามารถคำนวณได้ตามกฎของโอห์มโดยคำนึงถึงความต้านทานของขดลวด ดังนั้นการรู้ความเร็วของลวดก่อนที่จะทำการเบรคความยาวของเส้นลวดความต้านทานทิศทางการหมุนเวลาในการเบรกขนาดและสัญลักษณ์ของแรงเคลื่อนไฟฟ้าคุณสามารถค้นหาเครื่องหมายและขนาดของประจุที่เฉพาะเจาะจงซึ่งดำเนินการโดย Stuart และ Tolman

ทุกวันนี้ไม่น่าแปลกใจสำหรับทุกคนที่สัดส่วนของประจุอิเล็กตรอนต่อมวลที่วัดโดย Stuart และ Tolman ใกล้เคียงกับที่ได้รับเมื่อ 20 ปีก่อนในปี 1897 โดย J.J ทอมสันประจุที่เฉพาะเจาะจงของอนุภาคที่ประกอบเป็นรังสีแคโทด ตอนนี้เราอาจรู้ว่าทั้งรังสีแคโทดและกระแสในโลหะเกิดจากอนุภาคมูลฐานที่มีประจุลบเหมือนกัน - อิเล็กตรอน