Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
где r(n k п — радиус кольца, соответствующий данному набору целых чисел ft, I. Для гранецентрированной кубической решетки, такой как у золота, проявляются кольца либо для четных чисел
hy k, I, либо для нечетных. С л е- _
довательно, кольца будут характеризоваться таким набором чисел, как (1 1 1), (0 0 2), (1 1 3) и т. д. Я есть длина волны де Бройля для электрона, "к= = 12,26/V1/* A, L — расстояние от пленки золота до экрана, а — постоянная решетки. Для золота а=4,07- 10~8 см.
Кольца, наблюдаемые на экране телевизионной трубки, показаны на рис. 7. Два' самых ярких кольца с радиусами 2 и 3 см легко наблюдаются в аудитории. Слабые внешние кольца может видеть только наблюдатель, привыкший к темноте и находящийся поблизости от трубки.
Изменение диаметра кольца с напряжением в интервале 10— 14 кв заметно для наблюдателя в лекционной комнате. Однако для получения количественных результатов необходимо провести измерения радиусов колец непосредственно на трубке. Для этой цели удобно использовать гибкую прозрачную пластмассовую линейку, которая накладывается на экран так, чтобы ее край лежал на диаметре концентрических колец. Величины радиусов различных колец наносятся на график (рис. 8) в зависимости от напряжения (кружки с точкой). Сплошные линии рассчитаны по формуле (1) для разрешенных величин ft, ky I вплоть до (4 4 4). В тех случаях, когда кольца для двух или более наборов целых чисел лежат очень близко друг к другу, на графике нанесены средние радиусы. Указанные ошибки связаны в основном с шириной дифракционных колец и небольшой асимметрией дифракционной картины, вызванной несовершенной установкой пушки и фольги.
Два внутренних кольца, которые намного ярче внешних колец, определяются наборами чисел (111), (0 0 2) и (1 1 3) — (2 2 2)
Рис. 7. Фотография экрана телевизионной трубки, на которой проявляются кольца от дифракции электронов. Радиус внешнего кольца приблизителоно 3,5 см.
267
Это согласуется с результатами работы Уайта 12], который, исследуя кольца, образованные электронами с энергией 30 кэв, установил, что самые яркие из них (в порядке уменьшения интенсивности) — (1 1 1), (1 1 '3) — (2 2 2) и (0 0 2). Кольца (1 1 1) — (0 0 2) не разрешаются с помощью описанной аппаратуры и образуют широкое внутреннее кольцо.
Появление слабых внешних колец и отсутствие кольца (0 2 2) кажется удивительным, так как по результатам Уайта (0 2 2) является четвертым по интенсивности кольцом. Мейнерс [3] сообщает, что он также не обнаружил это кольцо. Он предполагает возможность преимущественной ориента-?—^!Т!'!!°?} ции кристаллов в фольге.
Демонстрация должна убедить тех студентов, которые сомневаются, что дифрагирующий пучок действительно состоит из электронов. Если поднести маленький магнит к экрану трубки, то дифракционная картина будет отклоняться и искажаться. Это доказывает, что изображение создается заряженными частицами, а не электромагнитным излучением.
Опыты были бы более убедительными, если за счет механического усложнения системы можно было бы вынимать из трубки фольгу и электронную пушку для исследования и демонстрации. Дальнейшие усовершенствования должны обеспечить возможность удаления фольги и замены материала фольги без вскрытия трубки.
г i
7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 ЕМ
ю
а=4,07-Ю 8см о 1=37см ^
Рис. 8- Изменение радиуса колец взависимос--V*
ти от V 1 представляется, как и ожидалось, линейной функцией. Линии ( 1 I 1) и (0 0 2) не могут быть разрешены.
ЛИТЕРАТУРА
1. G. Р. Н а г п w е 1 1, J. J. L i v i g о о d, Experimental Atomic Physics, McGraw-Hill Book Сотр., Inc., New York, 1933, p. 176.
2. P. W h i t e, Phyl. Mag. 9, 641 (1930).
3. H. Meiners, Rensselaer Polytechnic Inst, (privat comm.). Работа 4.2. ОПЫТ ФРАНКА И ГЕРЦА
О возбуждении резонансной линии ртути 2536 А электронным ударом *)
Наши исследования столкновения электронов с молекулами благородных газов или паров металлов показали, что пока кинетическая энергия электронов не превзойдет некоторого критического значения, они отражаются от молекул без потери энергии, но если их энергия становится равной критической, они теряют при столкновении всю свою энергию. Критическая энергия является кон-
*) J. F г а п с k, G. Hertz, Verh. d. D. Phys. Ges. 16, 512 (1914).
268
стантой, характерной для данного газа, и во всех рассмотренных нами случаях она равна энергии ионизации [1]. Этот результат находится в согласии с квантовой теорией, которая предсказывает, что энергия электронов, совершающих колебания в атоме, изменяется не произвольным образом, а определенными квантами. Из квантовой теории следует далее, что наименьшее количество энергии, которую может приобрести электрон, равно произведению постоянной Планка k на частоту v его колебаний *).
По-видимому, пары ртути являются подходящим объектом для проверки этого предсказания. Хотя критическое значение кинетической энергии для этих паров измерено не слишком точно, в этом случае нам хорошо известна частота колебаний электрона. Действительно, опыты Вуда по резонансному излучению паров ртути {2] показали, что в атоме ртути имеется электрон, частота колебаний которого соответствует длине волны 2536 А-Измеренное нами наименьшее значение передаваемого кванта энергии в пределах ошибок равно произведению hx. Чтобы получить уверенность, что изучаемые нами явления находятся в согласии с квантовой теорией, недостаточно доказать, что передача энергии происходит определенными квантами. Не менее важно показать, что измеренной величине кванта hx действительно соответствует определенная частота v колебаний электрона в атоме. В этом и состоит цель излагаемого ниже исследования.
