Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Боровой А.А. -> "Как регистрируют частицы" -> 9

Как регистрируют частицы - Боровой А.А.

Боровой А.А. Как регистрируют частицы — M.: Наука, 1981. — 176 c.
Скачать (прямая ссылка): kakregchastic1981.djvu
Предыдущая << 1 .. 3 4 5 6 7 8 < 9 > 10 11 12 13 14 15 .. 63 >> Следующая

Немецкие ученые во главе с Г. Герцем считали, что катодные лучи — это новый вид электромагнитных волн, отклоняющихся в магнитном поле (в отличие от обычного света). Они подкрепляли свои доводы рядом экспериментов, из которых самый убедительный был связан с прохождением катодных лучей через тонкие металлические фольги. Это исключалось для молекул или атомов, но могло иметь место для электромагнитного излучения.
Том,сон начал свои эксперименты в момент, когда груда противоречивой информации, казалось, требовала детальной проверки и осмысления. Однако ученому потребовалось менее трех лет, чтобы рядом четких и целенаправленных опытов решить спорные вопросы и обосновать поразительный вывод о существовании в каждом из атомов легких заряженных частиц. Сейчас, читая их описание, невольно думаешь, что Томсон знал окончательный результат.
Первый эксперимент был поставлен в 1894 г. В нем определилась скорость распространения катодных лучей и она получилась несравненно меньше скорости света, V = 2-Ю5 м/с. Это говорило в пользу корпускулярной теории и подготовило почву для следующих работ. (Позже, правда, выяснилось, что численная величина скорости в этом опыте занижена. Ошибку обнаружил через два года сам автор, но причины ее определить не смог.)
Перейдем теперь к исследованиям 1896—97 гг., которые и стали решающим доказательством существования первой из элементарных частиц. Мы остановимся только на одном из серии экспериментов. Прежде всего в нем обнаружился тот факт, что электрическое поле все-таки отклоняет катодные лучи. Просто в более ранних опытах Герца использовались недостаточно сильные поля и недостаточно высокие разрежения. В эксперименте Томсона применялось и магнитное поле. Поэтому для описания опыта необходимо сначала рассмотреть, как движутся в этих полях заряды.
На заряд д, летящий со скоростью v в электрическом поле Е, действует сила
а в магнитном поле В — сила
(11)
F11 = в Iv, В].
(12)
26
Выражение [v, В] носит?название векторного произведения векторов V и В и его надо понимать следующим образом: модуль FM равен произведению модулей векторов v и В на синус угла между ними:
IF11I = ^ItI -|B|sin(v7B),
а направление F перпендикулярно к плоскости, в которой лежат V и В, и находится по правилу левой руки.
Силу FM часто называют силой Лоренца.
Рассмотрим теперь, к чему приводит воздействие этих полей.
Начнем с задачи (очень известной), когда заряд q, имеющий массу т и скорость v0, влетает в промежуток между двух пластин, заряженных до потенциала и. Длина пластин I. Поле внутри — однородно, а краевыми эффектами мы пренебрегаем. (Это значит, что расстояние между пластинами d должно быть много меньше I.) В начальный момент V0 Я I.
Рис. 5. Движение заряда в однородном электрическом поле.
Найдем отклонение заряда Ay (рис. 5). Время движения в поле t = Vv0. Смещение Ay = 1J2 at2, где a = FIm = - дЕ/т = qu/md. Отсюда
Aj/__^L.. (13)
У 2mdvl
Если известны Ay, и, d, I и определена скорость заря" да V, можно определить отношение q/m.
Для магнитного поля также рассмотрим простой случай, когда заряд влетает в однородное поле В и V0 _|_ В. Тогда Fw=qv0B и эта сила заставляет заряд двигаться по окружности, радиус которой находится из
27
уравнения FM — Fn (центростремительная сила):
^gV0B, Д = -=--3-. (14)
Измерение радиуса поворота опять дает информацию о д/т, когда известна скорость частицы.
Представим себе теперь, что частица попадает во взаимно перпендикулярные поля E и В, так что электрическая и магнитная силы действуют на нее в противоположных направлениях.
Тогда подбором полей можно добиться того, что в области, где они скрещиваются, | Fa \ = | F8n | и заряд не отклоняется:
дЕ = gvB, v = Е/В, " (15)
т. е. можно определить скорость частицы, а потом и отношение elm.
Этим воспользовался Томсон в одном из экспериментов. Пучок катодных лучей проходил между пластинами и падал на шкалу, нанесенную на стенку колбы (рис. 6).
Рис. 6. Катодная трубка, использовавшаяся в опытах Дж. Дж.
Томсона.
Можно было воздействовать на него электрическим полем E и перпендикулярным к нему магнитным В. В отсутствие полей замечалось деление шкалы, на которое падали лучи (нулевое деление). Затем включалось магнитное поле и по смещению находился радиус R (см. (14)). Подбирая потенциал и между пластинами так, чтобы пучок снова попал на нулевое деление, можно найти скорость частиц v (см. (15)). Наконец, решая совместно уравнения (14) и (15), Томсон определил величину д/т (мы, конечно, описываем лишь идею эксперимента, не касаясь многих деталей, учет которых был необходим для получения результата).
28
Отношение заряда к массе оказалось равным ~10и Кл/кг, близкое значение было получено Томсоном в других опытах.
В своей статье, опубликованной в журнале «Philoso-fical Magasin» в 1897 г., Томсон сравнивает полученную величину отношения с д/т = 108 Кл/кг для самого легкого из известных тогда атомных объектов — иона водорода. Томсон пишет:
«Эта разница может быть связана с малой массой частиц катодных лучей т или с большой величиной заряда или одновременно и с тем, и с другим». Дальше на основании опытов по прохождению катодных лучей через фольги металлов он делает вывод, что частицы должны обладать именно малой массой (малыми размерами). Итак: «катодные лучи представляют собой новое состояние вещества, существенно отличное от обычного газообразного состояния».
Предыдущая << 1 .. 3 4 5 6 7 8 < 9 > 10 11 12 13 14 15 .. 63 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed