Д.Д. Томсон: Кн. для учащихся - Кудрявцев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
т
ложительных лучей было близко к такому же значению для ионов водорода при электролизе.
Однако природа этих лучей была еще неясной, неясным оставался и вопрос о механизме их образования.
Установка, с которой Томсон начал исследования положительного электричества, представляла собой газоразрядную трубку с плоским экраном. Катод был просверлен, и в отверстие вставлена тонкая трубка. Узкий пучок положительных лучей, выходящих из этой трубки, пропускался между двумя латунными пластинками. В пространстве между ними создавались электрические и магнитные поля, перпендикулярные пластинкам.
Положительные лучи отклонялись от прямолинейного пути, и на экране газоразрядной трубки Томсон наблюдал параболы. Томсон установил, что действие положительных лучей зависело от давления газа в трубке. Вначале, для не очень
низкого давления водорода в трубке, Томсон получил на экра-
?
не изображение двух слабо отклоненных пучков. Значение — для наиболее отклоненного пучка равнялось IO4 абсолютных
57 единиц, для второго это значение было 5 • IO3. Они соответствовали значениям — для атома и молекулы водорода. т
Если в трубку вводился гелий, на экране появлялось Изображение трех пучков. Значения — для этих пучков были IO4,
т
5 • IO3, 2,5 • IO3. Эти значения показывали, что пучки принадлежали атому и молекуле водорода и еще атому гелия. Томсон говорил, что этот результат был очень важен, поскольку он явился первым доказательством того, что в состав положительных лучей входят не только атомы и молекулы водорода.
В это время .в Кавендишскую лабораторию поступила установка для производства жидкого воздуха. Сразу стало возможным использование метода Дьюара для создания в газоразрядной трубке более высокого вакуума. Этот метод заключался в поглощении газа древесным углем, охлаждаемым жидким воздухом. Этим методом Томсон получал низкое давление, при котором ему удавалось всесторонне изучать положительные лучи. Эти исследования были сопряжены со значительными трудностями, которые Томсон шаг за шагом преодолевал. Так, при низких давлениях в трубках с металлическим катодом была большая опасность разрыва трубок. Томсон нашел способ предотвращать разрыв, покрывая катод тонким слоем кальция Или жидким сплавом натрия и калия.
При низких давлениях в трубках, содержащих водород, прямые пучки почти полностью исчезали и на экране появлялись изображения двух парабол, принадлежащих атому и молекуле водорода. Xomcoh впускал в газоразрядную трубку различные газы, не содержащие водород, и всегда находил те же параболы, что для водорода или гелия. Это привело его на начальном этапе исследований положительных лучей к неправильному заключению, которого он придерживался до 1909 г., что в состав положительных лучей входят только ионы водорода или гелия. В это время он наблюдал параболы на экране.
Вскоре Томсон нашел, что удобнее исследовать параболы на фотографических пластинках. Пластинки обладали большей чувствительностью, и с ними можно было делать более точные измерения. На фотопластинках он смог увидеть параболы, соответствующие различным газам (углекислому газу, кислороду, неону, парам ртути и т. д.).
В исследованиях положительных лучей Томсону помогал его ассистент и ученик Фрэнсис Уильям Астон (1877 —1945), которого профессор пригласил в 1910 г.
Фотографии давали ценную информацию о природе положительных лучей и о процессах, происходящих в газовом
58 Я. T р* -
л ^
Щ
JSt
разряде, каждый отдельный род частиц давал свою особую параболу, поэтому фотографии их предоставляют нам сведения о частицах, присутствующих в газе. Измеряя отношение —,
то
мы можем определить состав газов, находящихся в газоразрядной трубке.
Фотографии также давали возможность определять электрическое состояние частиц — нейтральны ли они, или заряжены однократно, или многократно, или приобретают заряд в пространстве катода и т. д. Метод Томсона был очень чувствителен и, как считал сам автор, обладал преимуществами по сравнению со спектральным анализом. При длинных экспозициях методом парабол можно было обнаружить присутствие малых доз газов, какие не могли быть обнаружены спектральным анализом. Кроме того, метод Томсона не зависел от чистоты газа. Примеси давали новые параболы и не искажали данные измерения атомной массы. Метод позволял обнаруживать такие соединения (например, CH, СНг, СНз), какие в свободном состоянии существуют весьма короткое время, порядка миллионных долей секунды, и давал ясную картину о химических превращениях, происходящих в разрядной трубке.
Исследование положительных лучей внесло огромный вклад в изучение как природы этих лучей, так и процессов, происходящих в газовом разряде. В отличие от некоторых ученых, считавших, что положительные лучи состоят из частичек металла катода, Томсон показал, что эти лучи являются ионами газа, образующимися в темном фарадеевом пространстве.
Томсон раскрыл сложные процессы ионизации, нейтра-
Фотографии парабол Томсона: 1— фото парабол, подвергаемых действию только магнитного поля; 2—4— типичные фотографии парабол при давлении газа 0,001 мм рт. ст.
