Treghet av et elektron: Tolman - Stuart og Mandelstam - Papaleksi eksperimenter

Eksperimenter for å finne svaret på spørsmålet om elektroner har en inert masse ble utført av forskere helt på begynnelsen av 1900-tallet. Disse eksperimentene hjalp datidens vitenskapelige samfunn til å etablere seg i å akseptere det faktum at den elektriske strømmen i metaller dannes nettopp av negativt ladede partikler - elektroner, og ikke positivt ladede ioner, som man kan anta.

Det første kvalitative eksperimentet, som illustrerte at de ladede partiklene som danner den elektriske strømmen i metaller nøyaktig besitter masse, ble utført av forskere (den gang det russiske imperiet) Leonid Isaakovich Mandelstam og Nikolai Dmitrievich Papaleksi, dette fant sted i 1913.

Tre år senere, i 1916, ble det utført et mer nøyaktig eksperiment av de amerikanske fysikerne Richard Tolman og Thomas Stewart, som i deres arbeid ikke bare viste at elektronet har en masse i et metall, men også målte det nøyaktig ved en indirekte metode ved bruk av et galvanometer.

For å forstå prinsippet for disse tidlige eksperimentene, kan du tenke deg en trikk som passasjerene drar på jobb tidlig på morgenen. Her ble trikken spredt som den skulle, og foran den renner en spredt fotgjenger ut rett på veien.

Trikkeføreren, som ønsker å redde den fattige kameratens liv, trykker kraftig på bremsene - passasjerer i kupeen blir blåst øyeblikkelig bort av hele mengden. Og det blåser dem med treghetsstyrken, fordi hver passasjer har en masse. Og de passasjerene som var nærmest trikkehytta, vil slå smertelig på veggen.

Mandelstam og Papaleksi tenkte på omtrent samme måte. De tok en trådspole, utstyrt med glidekontakter og konklusjoner isolert fra saken, og koblet en høyttaler (øretelefon) til glidekontaktene. De avviklet spolen til høyre - brått stoppet - det var et klikk i dynamikken.

Vriet til venstre - skarpt bremset - klikk igjen i dynamikken. Konklusjon: i øyeblikket når spolen stoppes, passerer en strømpuls gjennom ledningen, noe som vises på grunn av det faktum at elektronene på tidspunktet for bremsing av spolen kastes til kanten av ledningen, som passasjerer i en trikk.

Og treghetsstyrken spiller her rollen som en ekstern kraft, som skaper det som kan måles som EMF. Denne konklusjonen lot naturligvis ikke forskere kjenne igjen tegn på ladningsbærere og på en eller annen måte unikt identifisere dem, men eksperimentet fra Mandelstam og Papaleksi viste tydelig at strømmen i metaller holder veien gjennom krystallgitteret, noe som betyr at det er forbundet med det frie ladebærere.

Tolman og Stuart bestemte seg for å gå litt lenger. De såret også spolen, bare lengden på ledningen ble målt nøyaktig lik 500 meter, og begynte å avvikle den. Den ble untwisted til en lineær hastighet på nøyaktig 500 m / s var nådd, for å vite forholdet mellom den oppnådde emk og akselerasjonen.

Allerede ikke en høyttaler, men et mer informativt utstyr, et galvanometer, var koblet til glideklemmene på spolen. På slutten av eksperimentet integrerte forskerne den fremmede kraften langs hele spolelederens lengde, og fikk et uttrykk for EMF som ble opprettet av den fremmede treghetskraften når hastigheten endres til null.

Den totale ladningen som gikk gjennom lederen, kunne beregnes i henhold til Ohms lov, under hensyntagen til spoletrådens motstand. Så, å kjenne til hastigheten på ledningen før bremsing, lengden på ledningen, dens motstand, rotasjonsretning, bremsetid, størrelsesorden og emfens tegn, kan du finne skiltet og størrelsen på den spesifikke ladningen, som Stuart og Tolman gjorde.

I dag virker det ikke lenger rart for noen at forholdet mellom elektronladning og masse målt av Stuart og Tolman falt sammen med det som ble oppnådd for nesten 20 år siden, i 1897 av J.J. Thomson, den spesifikke ladningen for partiklene som utgjorde katodestrålene. Vi vet nå sannsynligvis at både katodestrålene og strømmen i metaller dannes fra de samme negativt ladede elementære partikler - elektroner.