История теории эфира и электричества - Уиттекер Э.
ISBN 5-93972-070-6
Скачать (прямая ссылка):
21 Ann. d. Phys. CXXXVI (1869), стр. 1, 197; перевод в Annales de Chimie
XVI (1869), c. 487.
4Berlin Monatsberichte (1876), c. 279.
Проводимость в растворах и газах
415
только, когда катод представляет собой точку, но и когда он образует
протяженную поверхность, при условии, что предмет, который отбрасывает
тень, расположен близко к катоду. Это ясно показало, что катодные лучи (
термин, который был введен впервые) не испускаются беспорядочно во всех
направлениях, а что каждый участок поверхности катода испускает лучи,
которые практически ограничены одним направлением, и Гольдштейн
обнаружил, что это направление перпендикулярно поверхности катода. В этом
отношении его открытие установило важное различие между способом
испускания катодных лучей электродом и света накаленной поверхностью.
В следующие два десятилетия значительное внимание привлек вопрос о
природе катодных лучей. В год, последовавший за исследованием Гитторфа,
Кромвелл Варли1 выдвинул гипотезу о том, что эти лучи состоят из
"ослабленных частиц материи, которые электричество перенесло от
отрицательного полюса" и что именно благодаря их отрицательным зарядам
эти частицы подвержены действию магнитного поля^.
В течение нескольких следующих лет свойства высоко разреженных газов
исследовал сэр Уильям Крукс (1832-1919). Несомненно находясь под влиянием
идей, появившихся в связи с открытием радиометра, Крукс^, как и Варли,
предложил рассматривать катодные лучи как молекулярную лавину: он
предположил, что молекулы остаточного газа, контактируя с катодом,
получают от него смоляной заряд и тут же отскакивают перпендикулярно
поверхности по причине взаимного отталкивания, которому подвержены
одинаково заряженные тела. Доведя разрежение до более высокой степени,
Крукс смог изучить темное пространство, которое при таких условиях
появляется между катодом и катодным свечением, и показать, что при самой
высокой разреженности это темное пространство (которое с тех пор носит
его имя и которое не следует путать с темным пространством, открытым
Фарадеем) увеличивается до тех пор, пока не займет всю трубку. Он
предположил, что толщина темного пространства может быть мерой средней
длины свободной траектории движения молекул. "Дополнительная скорость, -
писал он, - с которой молекулы от-
^Proc. R. S. XIX (1871), с. 236.
2В 1766 году Пристли показал, что поток наэлектризованного воздуха течет
от то-чек тел, заряженных стеклянным или смоляным электричеством; см.
Пристли History of Electricity, с. 591.
3Phil. Trans. CLXX (1879), стр. 135, 641; Phil. Mag. VII (1879), с. 57.
416
Глава 11
скакивают от возбужденного отрицательного полюса, удерживает более
медленно движущиеся молекулы, которые продвигаются к этому полюсу.
Столкновение происходит на границе темного пространства, где светящаяся
кайма свидетельствует об энергии столкновений"^. Таким образом, согласно
Круксу, темное пространство является темным, а свечение - светлым, потому
что столкновения происходят в последнем, а не в первом. Флуоресценцию или
фосфоресценцию на стенках трубки он объяснил ударами частиц о стекло.
Крукс говорил о катодных лучах как об "ультрагазовом" или "четвертом
состоянии" материи. Эти выражения привели к тому, что некоторые более
поздние авторы приписали ему изложение или предсказание гипотезы
относительно природы отброшенных катодом частиц, которое появилось
несколько лет спустя и к которому мы сейчас обратимся. Однако из научных
трудов Крукса ясно, что он считал частицы катодных лучей обыкновенными
молекулами газа, переносящими электрические заряды; а под "новым
состоянием материи" он всего лишь подразумевал такое состояние, в котором
свободная траектория движения настолько длинная, что столкновениями можно
пренебречь.
Крукс обнаружил, что два соседних пучка катодных лучей отталкиваются. В
то время этот факт рассматривался как прямое подтверждение гипотезы о
том, что лучи являются потоками электрически заряженных частиц; однако
позднее было показано, что отклонение лучей можно объяснить причинами,
отличными от взаимного отталкивания.
Насколько замечательно теория молекулярных лавин объясняет отклонение
катодных лучей под действием магнитного поля, показал расчетным путем
Эдуард Рикке (1845-1915) в 1881 году2. Если ось z взять параллельной
магнитной силе Н, то уравнениями движения частицы массы то, заряда е и
скорости (и, v, w) будут
cmdu/dt = evH, cmdv/dt = -еиН, cmdw/dt = 0.
Последнее уравнение показывает, что составляющая скорости частицы,
параллельная магнитной силе, постоянна; другие уравнения дают
и = Asm(eHt/cm), v = A cos(eHt/cm),
xPhil. Mag. VII (1879), с. 57.
2CoW. Nach., 2 февр. 1881 г.; перепечатано в Ann. d. Phys. XIII (1881),
с. 191.
Проводимость в растворах и газах
417
что говорит о том, что проекция траектории на плоскость, перпендикулярную
магнитной силе, является кругом. Таким образом, в магнитном поле частицы
молекулярной лавины описывают винтообразные траектории, осями которых
