Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
трубки в его окрестностиОкончательный вид установки приведен на рис. 2.8.
Как уже отмечалось, Томсона интересовала возможность использовать
описанную методику как способ химического анализа; по-видимому, он
стремился доказать ее полезность в этом отношении. Сэр Джеймс Дьюар
"любезно предоставил [ему] два образца газов, полученных из продуктов
ожижения воздуха". Результаты проведенных с ними опытов Томсон изложил в
лекции, прочитанной в Кембриджском философском обществе и Королевском
институте. Один из двух образцов содержал тяжелые компоненты, а второй -
более легкие. Первый из них, хотя в его поведении и не обнаружилось
ничего необычного, явил собою "пример удобства данного метода, используя
который можно с помощью всего лишь одной фотографии положительных лучей
определить состав газа в трубке".
Второй образец обладал более удивительными свойствами. "На фотографии
более легкого компонента смеси (рис. [2.9])... мы обнаружили линии гелия,
неона (очень интенсивную) и аргона; в дополнение к ним
1 В этой статье говорилось также об измерениях, сделанных при помощи
электрического устройства для определения заряда, переносимого лучами с
заданным отношением е/т Сравнение результатов, полученных при помощи
этого устройства, с теми, что были получены методом фосфоресценции или
фотографирования, показало, что последние бесполезны для определения
относительных количеств ионов разного типа, так как они реагируют как на
средние значения скоростей, так и на число падающих частиц. В частности,
оказалось, что линии водорода, практически неизбежно присутствующие на
пластине или экране, соответствовали лишь небольшой доле ионов от
содержащихся в первичном пучке. (Позднее выяснилось, что водород и гелий
при использовании их в качестве изучаемой среды оседали на деталях трубки
и впоследствии их можно было бы удалить оттуда лишь при отжиге, который
невозможно провести для устройства из стекла, герметизированного воском и
смазкой.)
37
наблюдалась линия, соответствующая атомному весу 22, которая не могла
быть отождествлена ни с одной из линий известных газов. Сначала я
полагал, что эта линия с атомным весом, равным половине атомного веса
С02, должна соответствовать молекуле угольной кислоты
Рис. 2.8 Окончательный вид трубки, использованной Томсоном.
А - большая колба, в которой происходит разря г, С - катод, помещенный в
сужении ID| колбы. Катод запретен в стеклянной колбе при помощи
небольшого количества воска и окружен водяной рубашкой / во избежа ше
нагрева воска при разряде. На катох одета эбонитовая трубка [в области Г
(?"], имеющая указанную на рисунке форму. L и М-две пластины из магнитно-
мягкого железа с тщательно обработанными параллельными плоскими гранями.
Эти пластины соединены с батареей электрических элементов, так что между
ними создается электрическое ноле. Р и Q - полюса электромагнита,
отделенные от пластин L и И тонкими стенками эбонитовой трубк-. При
включенном электромагните между L и М создается магнитное поле [Ргос.
Roy. Soc" Ser. А89 (1913), стр. 3"
рис. 4).
с двойным электрическим зарядом (на некоторых пластинах можно было
заметить слабую линию, соответствующую атомному весу 44). Медленно
пропуская газ через трубку, опущенную в сосуд с жидким воздухом, можно
было добиться почти полного исчезновения линии 44, тогда как яркость
линии 22 оставалась неизменной.
Происхождение этой линии интересно со многих точек зрения. С одной
стороны, нет ни одного газообразного соединения любых из известных
элементов, которое имело бы указанный атомный вес. С другой стороны, если
посмотреть на периодическую систему Менделеева, элементу с таким атомным
номером уже не остается места... Возможно, это - соединение неона с
водородом NeH2 ...однако... я не хотел бы настаивать на этом пунк-
38
те1... Существует, однако, возможность того, что мы понимаем закон
Менделеева слишком буквально и что по соседству с неоном могут
группироваться два или более элементов со сходными свойствами". В лекции,
Рис. 2.9. Спектр парабол для легких инертных газов [Proc. Roy.
Inst., 20 (1913), стр. 596, рис. 3].
прочитанной в Королевском институте несколько месяцев спустя, когда
Томсон получил те же результаты с очень тщательно очищенными образцами
неона, он представил их несколько иначе: "Итак, по моему мнению, нет
сомнений в том, что вещество, называемое неоном, не является простым
газом, а состоит в действительности из смеси двух газов, один из которых
имеет атомный вес 20, а другой - около 22".
1 Помимо химической инертности, свойственной неоиу, на Томсона произвел
впечатление тот факт, что отношение массы к заряду для нового вещества
часто оказывается равным 11, т. е. вещество имеет как бы двойной заряд.
Такое явление весьма редко встречалось у известных тогда молекул, но было
обычным для атомов.
39
По некоторым причинам Томсон не пошел дальше и не предположил, что
существует два "вида" неона, хотя эта идея определенно витала в воздухе в
