Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Бутиков Е.И. -> "Физика для углубленного изучения 3. Строение и свойства вещества" -> 39

Физика для углубленного изучения 3. Строение и свойства вещества - Бутиков Е.И.

Бутиков Е.И., Кондратьев А.С., Уздин В.М. Физика для углубленного изучения 3. Строение и свойства вещества — М.: Физматлит, 2004. — 335 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikadlyauglubleniyaizucheniya3stroenieisvoystva2004.pdf
Предыдущая << 1 .. 33 34 35 36 37 38 < 39 > 40 41 42 43 44 45 .. 151 >> Следующая

§ И. ИЗМЕРЕНИЯ В АТОМНОЙ ФИЗИКЕ

85

• Поясните связь правила квантования с гипотезой де Бройля о волновых свойствах электрона.

• Получите формулы (7) и (8), определяющие радиусы орбит и энергии в стационарных состояниях атома водорода.

• Что такое постоянная тонкой структуры? Какую роль она играет для объяснения строения и наблюдаемых свойств атома?

• Покажите, что формулы теории Бора для частот спектральных линий атома водорода удовлетворяют принципу соответствия.

• Сформулируйте принцип Паули и объясните, каким образом он используется для объяснения периодичности химических свойств различных элементов.

• Почему размеры тяжелых многоэлектронных атомов практически такие же, что и у атома водорода?

§11. Измерения в атомной физике

Познакомившись с основными представлениями о строении атома, остановимся теперь на тех экспериментальных фактах, которые послужили фундаментом для развития этих представлений.

Опыты Томсона. Удельный заряд частицы, т. е. отношение электрического заряда частицы к ее массе, можно определить, изучая отклонение пучка движущихся частиц поперечными электрическим и магнитным полями. Измерение удельного заряда электрона таким методом было впервые выполнено Дж. Томсоном с помощью катодных лучей. Катодные лучи в действительности представляют собой пучок быстрых электронов в трубке, из которой выкачан воздух.

Если бы все частицы в пучке имели одинаковую скорость, то определить отношение их заряда е к массе т можно было бы следующим способом. Отклонение z пучка частиц, параллельного пластинам конденсатора, электрическим полем напряженности Е (рис. 25), определяется соотношением

Измеряя z, можно было бы найти удельный заряд е/т, если бы была известна скорость частиц v. Эту скорость можно определить, если кроме электрического создать магнитное поле, перпендикулярное пучку частиц и электрическому полю, и подобрать его индукцию В так, чтобы пучок не отклонялся. Компенсация действия электрической и магнитной сил будет происходить при выполнении условия



еЕ = evB,

(2)

откуда v = Е/В.
86

III. АТОМЫ, МОЛЕКУЛЫ, КРИСТАЛЛЫ

Именно таким путем Дж. Томсон впервые измерил е/т для катодных лучей в 1897 г. Оказалось, что для катодных лучей при любом составе остаточного газа в трубке и при любом материале

Рис. 25. К расчету отклонения пучка электронов в однородном электрическом поле

электродов отношение е/т имеет одно и то же значение. Установление этого факта и было по существу экспериментальным открытием электрона.

Опыты Буша. Одна из трудностей в этих исследованиях состояла в том, что электроны в пучке катодных лучей обладали большим разбросом скоростей. Для исключения влияния этого разброса Томсон в других модификациях опыта использовал параллельные электрическое и магнитное поля. После прохождения через такие поля частицы с единственным значением е/т и различными скоростями образуют на фотопластинке след в виде параболы. По форме этой параболы можно было определить е/т со значительно большей точностью. Применяя такой «метод парабол» к ионным пучкам (анодным лучам), Дж. Томсон в 1912 г. открыл изотопы нерадиоактивных элементов.

Определение удельного заряда электрона можно выполнить с использованием только магнитного поля. Такие измерения были впервые выполнены в 20-е годы X. Бушем методом фокусировки пучка электронов в продольном магнитном поле. Продольная фокусировка расходящегося пучка электронов была рассмотрена в § 16 книги 2 курса. Этот метод позволяет выполнить измерения с большей точностью, но предъявляет более жесткие требования к характеристикам электронных пучков.

Опыты Милликена. Из опытов с ионными пучками можно определить не только е/т, но и сам электрический заряд, если из независимых источников получить информацию о массе иона. Однако такими методами не удается получить точного значения элементарного электрического заряда е.

Точные измерения элементарного заряда были выполнены Р. Милликеном в серии классических опытов 1908—1916 гг.

Эти опыты принесли неопровержимое доказательство дискретности электрических зарядов в природе.
§11. ИЗМЕРЕНИЯ В АТОМНОЙ ФИЗИКЕ

87

Милликен измерял электрический заряд малых капелек масла, используемого для смазки часовых механизмов. Схема его установки показана на рис. 26. В тщательно изготовленный плоский конденсатор через отверстие в верхней пластине могут попадать мелкие капли масла, полученные с помощью специального распылителя. Чтобы кон- = векционные потоки воздуха не влияли на поведение капель, конденсатор помещался в защитный кожух, температура ^

и давление внутри которого поддерживались постоянными. „ „

гг Рис. 26. Схема опытов Милли-

На пластины конденсатора подава- кена

лось постоянное напряжение от источника в несколько киловольт. В ходе

опыта это напряжение можно было изменять. При распылении масла образующиеся капли, как правило, заряжаются и, попадая в конденсатор, движутся под действием силы тяжести и приложенного электрического поля. Движение отдельной капли можно наблюдать в микроскоп через специальное окошко.
Предыдущая << 1 .. 33 34 35 36 37 38 < 39 > 40 41 42 43 44 45 .. 151 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

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

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed