Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Абрамов А.И. -> "Измерение неизмеримого" -> 9

Измерение неизмеримого - Абрамов А.И.

Абрамов А.И. Измерение неизмеримого — M.: Энергоатомиздат, 1986. — 208 c.
Скачать (прямая ссылка): izmerenieneizmerimogo1986.djvu
Предыдущая << 1 .. 3 4 5 6 7 8 < 9 > 10 11 12 13 14 15 .. 76 >> Следующая

24
Поток любых электрически заряженных частиц образует электрический ток. Сила тока равна числу переносимых за 1 с зарядов, т. е. произведению числа пролетающих за 1 с частиц п на заряд одной частицы е:
1 = пе.
Из курса физики известно, что на проводник длиной / с током /, находящийся в магнитном поле индукцией B9 действует сила F = BIl9 перпендикулярная направлениям поля и тока. Очевидно, что такая же сила действует и на пучок частиц в направлении, перпендикулярном направлениям магнитного поля и движения частиц. В отрезке проводника или пучка частиц длиной / в каждый момент времени находится ri = w//v частиц, откуда сила, действующая на каждую частицу,
f=F/n' — е vB9
где V - скорость движения частиц. Из механики известно, что в тех случаях, когда ускорение перпендикулярно скорости, движение происходит по окружности. Значит, и в магнитном поле заряженные частицы летят по окружности, радиус которой легко найти, приравняв центростремительную силу / к центробежной:
evB = my2 Jr9
откуда
r = mv/(eB).
Если скорость частиц очень большая, а магнитная индукция В невелика, то частицы проскочат магнит, успев лишь немного отклониться от первоначального направления (рис. 2). В этом случае можно считать, что длина криволинейного участка траектории равна длине полюсного наконечника магнита /, и тогда угол отклонения пучка частиц в магнитном поле
ймъ l/r= eBlftmv).
В электрическом поле напряженностью E на частицу действует сила F = еЕ. Ускорение частицы под влиянием этой силы
a = Fjm = еЕ/т.
Если первоначальная скорость частицы v перпендикулярна направлению поля E (рис. 3), то участок длиной / частица про-
25
Рис. 2. Движение заряженной частицы в магнитном поле
летает за время / = // v и приобретает при этом дополнительную скорость
V3 =at = eEl/(mv)9
направленную вдоль силовых линий поля. Если < v, то угол отклонения пучка частиц в электрическом поле
аэ% Уэ/v = eEl/(m v2).
Как видно, углы отклонения частиц в магнитном и электрическом полях зависят от отношения заряда к массе е/т и от скорости частиц v. Измерив последовательно ам и аэ, можно исключить неизвестную скорость V и найти интересующую нас величину:
е/т = Xa2Ja3) Ее* KB2I).
Опыты такого рода были осуществлены на рубеже XIX и XX веков Томсоном, Вином и некоторыми другими исследователями. Результаты этих опытов оказались совершенно неожиданными: отношение заряда к массе для частиц катодных лучей равно 1,77 108 Кл/г, т. е. почти в 2000 раз больше, чем для атомов водорода. Значит, либо масса частиц катодных лучей сравнима с массой атома водорода, а их заряд в 2000 раз больше элементарного заряда, либо их заряд равен или близок элементарному заряду, а масса в 2000 раз меньше массы атома водорода. И хотя в те времена никто не знал частиц более легких,
26
Рис. 3. Движение заряженной частицы в электрическом поле
чем атом водорода, предпочтение было сразу отдано второму предположению. В самом деле, трудно было понять, почему частицы могут нести только по 2000 единиц заряда и никак не меньше. Поэтому оставалось сделать вывод, что катодные лучи состоят из каких-то очень легких частиц с зарядом, равным 1,6-1O-19 Кл или близким к нему. Эти частицы назвали электронами. Теперь надо было доказать правильность сделанного предположения и точно измерить заряд и массу электрона.
В 1913 году американский физик-экспериментатор Милликен непосредственно измерил заряд электрона. Для этого он изготовил специальный прибор, основной частью котрого был плоский воздушный конденсатор с зазором между пластинами d « 1,5 см. В зазор с помощью пульверизатора впрыскивались мельчайшие капельки масла, которые под действием силы тяжести медленно оседали. Если же на капельку попадало один или несколько электронов, то к силе тяжести добавлялась направленная вверх сила электростатического взаимодействия заряда капельки q с полем конденсатора. Подбирая соответствующим образом разность потенциалов между пластинами конденсатора U9 можно было остановить падение капли; при этом ее вес оказывался точно равным силе электростатического взаимодействия:
P = qE = q(U/d),
откуда
q=Pd/U.
Как видно, идея опыта очень проста. Однако при его осуществлении Милликену пришлось решить ряд серьезных задач. Прежде всего необходимо было очень точно изготовить основную часть прибора - конденсатор. Поскольку заряд электрона весьма мал, приходилось иметь дело только с самыми малень-
27
кими капельками масла, которые даже в микроскоп при боковом освещении были видны лишь в виде сверкающих точек на темном фоне. Массу таких капелек приходилось определять через их объем и плотность масла, а диаметр — по скорости их оседания в воздухе с помощью известной еще до работ Мил-ликена формулы Стокса. Наконец, чтобы исключить влияние тепловых токов воздуха в камере на результаты опыта, весь прибор помещали в большой масляный термостат.
Измеряя заряды многих капелек, Милликен убедился в том, что все они кратны одному и тому же заряду е = 1,6-10"19 Кл, который очень близок к значению элементарного заряда, найденного по результатам опытов Фарадея. Идя в обратном направлении, т. е. разделив переносимый одним химическим эквивалентом вещества заряд 96 500 Кл на найденный заряд электрона, Милликен получил одно из наиболее точных значений постоянной Авогадро - 6,06 • 102 3 моль"1.
Предыдущая << 1 .. 3 4 5 6 7 8 < 9 > 10 11 12 13 14 15 .. 76 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed