Д.Д. Томсон: Кн. для учащихся - Кудрявцев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
Как мы уже говорили, в 1894 г. Томсон занялся изучением катодных лучей. Исследователи до Томсона открыли много важных свойств этих лучей, но еще не был решен главный вопрос — об их природе.
Гольдпиейн, как и большинство немецких физиков, придерживался мнения, что катодные лучи — это волны в эфире. Английские ученые Варлей (в 1871 г.), а позже и Крукс (в 1879 г.) отождествляли эти лучи с заряженными частицами, вырываемыми с катода под прямым углом к его поверхности и движущимися с большой скоростью. Эту точку зрения поддерживали и многие другие английские физики. Противниками и сторонниками этих двух теорий ставились многочисленные эксперименты с целью опровергнуть одну и подтвердить другую точку зрения.
Шустер, в основном принявший гипотезу Крукса, в 1884 г. получил отклонение катодных лучей в магнитном поле и нашел способ определения их удельного заряда. Рассуждения его были следующими. Если частица массой т и зарядом е движется со скоростью V перпендикулярно магнитному полю с индукцией В, то магнитное поле отклоняет эту частицу от прямолинейного движения. На нее действует сила F — evB, и
частица начинает двигаться по круговой орбите радиуса г.
2
Тогда Bev= или -JL=-JL. Одного, уравнения было мало для определения -J-, поскольку была еще неизвестна ско-
т
рость v. Для определения скорости Шустер вводит энергетическое уравнение Ue = ^mv2, где U — разность потенциалов, приложенная к трубке. Шустер определил из этих уравнений
36 нижний и верхний пределы — и сравнил это значение с полі
добным для электролиза. И хотя он получил значение для катодных лучей на. два порядка выше, чем подобное значение для атома водорода при электролизе, он не сделал правильных заключений из своих экспериментов и продолжал считать катодные лучи потоком заряженных атомов или молекул газа.
- Другая точка зрения активно защищалась Герцем и Ленар-дом. Известный немецкий физик Генрих Герц поставил несколько экспериментов с целью опровергнуть корпускулярную природу катодных лучей и доказать их волновую природу. Один из его опытов показывал, что катодные лучи могут проникать через тонкие металлические листочки из золота или алюминия, другой говорил о том, что катодные лучи не отклоняются под действием электрического поля (1883). Исследования Герца продолжил в 1893 г. немецкий физик Филипп Ленард (1862—1947). Он сконструировал «окошечко» из тонкой алюминиевой фольги, которым закрыл небольшое отверстие на конце катодной трубки, сохраняя при этом вакуум в трубке, и показал, что катодные лучи можно выводить из трубки наружу. Опыты Герца и Ленарда, казалось, были вескими аргументами против корпускулярной теории катодных лучей. Правда, в 1895 г. был проделан опыт, который сильно поколебал волновую гипотезу.
Французский физик Жан Перрен (1870—1942) поместил внутри разрядной трубки против катода цилиндр, соединенный с электрометром, и определил заряд катодных частиц. Он оказался отрицательным. Чтобы показать, что катодные лучи переносят отрицательный заряд, он отклонял их магнитным полем так, чтобы они не попадали в цилиндр, и снова измерял 'заряд цилиндра — цилиндр был нейтральным. Следовательно, Перрен установил факт переноса заряда катодными лучами, что было трудно совместить с волновой теорией.
И наконец последовали эксперименты Томсона, которые Подтвердили корпускулярную природу катодных лучей (по крайней мере до 1927 г., когда были открыты волновые свойства этих лучей). Томсон повторяет эксперимент Перрена, несколько усовершенствовав его метод, и получает тот же самый результат. Теперь все возражения против метода Перрена были устранены исследованиями Томсона. Было подтверждено, что катодные лучи несут отрицательный заряд. Следующий шаг Томсона — это эксперименты по отклонению катодных лучей электрическим полем. Установка (см. рис.) представляла собой разрядную трубку, внутри которой были укреплены две металлические пластинки, соединенные с полюсами батареи. Пучок лучей пропускался между этими пластинками и наблюдался на экране трубки. Вначале Томсон
37 в электрическом и магнитном ПОЛЯХ
не мог получйть отклонения лучей в электрическом поле. Он наблюдал только слабое колебание луча в момент подачи разности потенциалов между пластинами. Томсон объяснил это явление действием катодных лучей на остаточный газ. Если в разрядной трубке оставался газ, то катодные лучи ионизовали его, и положительно заряженная пластинка притягивала отрицательные ионы, а отрицательно заряженная — положительные. Таким образом, заряд пластин нейтрализовался ионизацией остаточного газа. Значит, для получения заметного эффекта отклонения лучей в электрическом поле необходимо было позаботиться о лучшем йакууме. Получений хорошего вакуума было тогда трудным делоьі^ Насосы были несовершенны. Установка Томсона работала, не выключаясь, несколько дней. Был получен достаточно хорЬший вакуум, и отклонение катодных лучей стало хорошо заметным. Направление их отклонения подтвердило, что катодные -лучи представляют собой отрицательно заряженные частицы.
