प्राथमिक विद्युत आवेश के निर्धारण के तरीके - सार। भौतिकी में इलेक्ट्रोलिसिस प्रयोगशाला कार्य द्वारा प्राथमिक आवेश का निर्धारण प्राथमिक आवेश का मापन

रूसी संघ के शिक्षा मंत्रालय

अमूर राज्य शैक्षणिक विश्वविद्यालय

प्राथमिक विद्युत आवेश का निर्धारण करने के तरीके

छात्र 151 जी द्वारा पूरा किया गया।

वेंजेलेव ए.ए.

द्वारा जांचा गया: चेरनेवा टी.जी.

परिचय।

1. इलेक्ट्रॉन की खोज का प्रागितिहास

2. इलेक्ट्रॉन की खोज का इतिहास

3. इलेक्ट्रॉन की खोज के लिए प्रयोग और तरीके

3.1 थॉमसन अनुभव

3.2 रदरफोर्ड का अनुभव

3.3। मिलिकन विधि

3.3.1। संक्षिप्त जीवनी

3.3.2। स्थापना विवरण

3.3.3। प्राथमिक शुल्क की गणना

3.3.4। विधि से निष्कर्ष

3.4। कॉम्पटन इमेजिंग विधि

निष्कर्ष।

परिचय:

इलेक्ट्रॉन - खोज समय के संदर्भ में पहला प्राथमिक कण; सबसे छोटे द्रव्यमान का भौतिक वाहक और प्रकृति में सबसे छोटा विद्युत आवेश; परमाणु का घटक भाग।

एक इलेक्ट्रॉन का आवेश 1.6021892 होता है। 10 -19 सी

4.803242। 10 -10 इकाइयां एसजीएसई

इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान 9.109534 है। 10 -31 किग्रा

विशिष्ट शुल्क ई/एम ई 1.7588047। 10 11 सीएल। किग्रा -1

इलेक्ट्रॉन स्पिन 1/2 (एच की इकाइयों में) है और इसके दो अनुमान ±1/2 हैं; इलेक्ट्रॉन फर्मी-डिराक सांख्यिकी, फ़र्मियन का पालन करते हैं। वे पाउली बहिष्करण सिद्धांत के अधीन हैं।

इलेक्ट्रॉन का चुम्बकीय आघूर्ण - 1.00116 m b है, जहाँ m b बोर मैग्नेटॉन है।

इलेक्ट्रॉन एक स्थिर कण है। प्रायोगिक आंकड़ों के अनुसार, जीवनकाल t e > 2 है। 10 22 साल।

मजबूत बातचीत, लेप्टन में शामिल नहीं। आधुनिक भौतिकी इलेक्ट्रॉन को वास्तव में प्राथमिक कण मानती है जिसमें संरचना और आयाम नहीं होते हैं। यदि उत्तरार्द्ध और गैर-शून्य हैं, तो इलेक्ट्रॉन त्रिज्या आर ई< 10 -18 м

1. खोज की पृष्ठभूमि

इलेक्ट्रॉन की खोज अनेक प्रयोगों का परिणाम थी। XX सदी की शुरुआत तक। इलेक्ट्रॉन के अस्तित्व को कई स्वतंत्र प्रयोगों में स्थापित किया गया है। लेकिन, पूरे राष्ट्रीय विद्यालयों द्वारा संचित विशाल प्रायोगिक सामग्री के बावजूद, इलेक्ट्रॉन एक काल्पनिक कण बना रहा, क्योंकि अनुभव ने अभी तक कई मूलभूत प्रश्नों का उत्तर नहीं दिया था। वास्तव में, इलेक्ट्रॉन की "खोज" आधी शताब्दी से अधिक समय तक चली और 1897 में समाप्त नहीं हुई; इसमें कई वैज्ञानिकों और अन्वेषकों ने भाग लिया।

सबसे पहले, एक भी ऐसा प्रयोग नहीं था जिसमें व्यक्तिगत इलेक्ट्रॉन भाग लेंगे। प्राथमिक आवेश की गणना सूक्ष्म आवेश के मापन के आधार पर इस धारणा के तहत की गई थी कि कई परिकल्पनाएँ सही थीं।

अनिश्चितता मौलिक रूप से महत्वपूर्ण बिंदु पर थी। सबसे पहले, इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रोलिसिस के नियमों की परमाणु व्याख्या के परिणामस्वरूप दिखाई दिया, फिर इसे गैस निर्वहन में खोजा गया। यह स्पष्ट नहीं था कि भौतिक विज्ञान वास्तव में एक ही वस्तु के साथ काम कर रहा है या नहीं। संशयवादी प्रकृतिवादियों के एक बड़े समूह का मानना था कि प्राथमिक आवेश सबसे विविध परिमाण के आवेशों का सांख्यिकीय औसत है। इसके अलावा, इलेक्ट्रॉन के आवेश को मापने के किसी भी प्रयोग ने कड़ाई से दोहराए जाने वाले मान नहीं दिए।
ऐसे संशयवादी थे जिन्होंने आम तौर पर इलेक्ट्रॉन की खोज को नज़रअंदाज़ कर दिया था। शिक्षाविद ए.एफ. Ioffe ने अपने शिक्षक वी. के. के बारे में अपने संस्मरण में। रोएंटजीन ने लिखा: “1906 - 1907 तक। म्यूनिख विश्वविद्यालय के भौतिकी संस्थान में इलेक्ट्रॉन शब्द नहीं बोला जाना था। रॉन्टजेन ने इसे एक अप्रमाणित परिकल्पना माना, जिसे अक्सर पर्याप्त आधार के बिना और बिना आवश्यकता के लागू किया जाता था।

इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान का प्रश्न हल नहीं किया गया है, यह साबित नहीं हुआ है कि कंडक्टर और डाइलेक्ट्रिक्स दोनों पर आवेशों में इलेक्ट्रॉन होते हैं। "इलेक्ट्रॉन" की अवधारणा की एक स्पष्ट व्याख्या नहीं थी, क्योंकि प्रयोग ने अभी तक परमाणु की संरचना का खुलासा नहीं किया था (रदरफोर्ड का ग्रहीय मॉडल 1911 में और बोह्र का सिद्धांत - 1913 में दिखाई दिया)।

इलेक्ट्रॉन ने अभी तक सैद्धांतिक निर्माणों में प्रवेश नहीं किया है। लोरेंत्ज़ के इलेक्ट्रॉन सिद्धांत में एक निरंतर वितरित चार्ज घनत्व था। ड्रूड द्वारा विकसित धात्विक चालकता के सिद्धांत में, यह असतत आवेशों के बारे में था, लेकिन ये मनमाने आरोप थे, जिनके मूल्य पर कोई प्रतिबंध नहीं लगाया गया था।

इलेक्ट्रॉन ने अभी तक "शुद्ध" विज्ञान के ढांचे को नहीं छोड़ा है। स्मरण करो कि पहली इलेक्ट्रॉन ट्यूब केवल 1907 में दिखाई दी थी। विश्वास से दृढ़ विश्वास की ओर बढ़ने के लिए, सबसे पहले इलेक्ट्रॉन को अलग करना आवश्यक था, प्राथमिक आवेश को सीधे और सटीक रूप से मापने के लिए एक विधि का आविष्कार करना।

इस समस्या का समाधान आने में ज्यादा समय नहीं था। 1752 में, विद्युत आवेश की असततता का विचार पहली बार बी फ्रैंकलिन द्वारा व्यक्त किया गया था। प्रायोगिक रूप से, 1834 में एम। फैराडे द्वारा खोजे गए इलेक्ट्रोलिसिस के नियमों द्वारा आवेशों की असततता की पुष्टि की गई थी। प्राथमिक आवेश (प्रकृति में पाया जाने वाला सबसे छोटा विद्युत आवेश) का संख्यात्मक मान सैद्धांतिक रूप से इलेक्ट्रोलिसिस के नियमों के आधार पर गणना किया गया था अवोगाद्रो संख्या। 1908 - 1916 में किए गए शास्त्रीय प्रयोगों में आर। मिलिकन द्वारा प्राथमिक आवेश का प्रत्यक्ष प्रायोगिक मापन किया गया था। इन प्रयोगों ने विद्युत के अणुवाद का भी अकाट्य प्रमाण दिया। इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत की बुनियादी अवधारणाओं के अनुसार, किसी पिंड का आवेश उसमें निहित इलेक्ट्रॉनों की संख्या में परिवर्तन के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है (या सकारात्मक आयन, जिसका आवेश इलेक्ट्रॉन के आवेश का एक गुणक होता है)। इसलिए, किसी भी पिंड के आवेश में अचानक परिवर्तन होना चाहिए और ऐसे भागों में जिनमें पूर्णांक संख्या में इलेक्ट्रॉन आवेश होते हैं। अनुभव द्वारा विद्युत आवेश में परिवर्तन की असतत प्रकृति को स्थापित करने के बाद, आर। मिलिकेन इलेक्ट्रॉनों के अस्तित्व की पुष्टि करने और तेल ड्रॉप विधि का उपयोग करके एक इलेक्ट्रॉन (प्रारंभिक आवेश) के आवेश के परिमाण को निर्धारित करने में सक्षम थे। विधि ज्ञात शक्ति ई के एक समान विद्युत क्षेत्र में आवेशित तेल की बूंदों की गति के अध्ययन पर आधारित है।

2. इलेक्ट्रॉन की खोज:

यदि हम पहले प्राथमिक कण - इलेक्ट्रॉन की खोज से पहले की उपेक्षा करते हैं, और इस उत्कृष्ट घटना के साथ क्या हुआ, तो हम संक्षेप में कह सकते हैं: 1897 में, प्रसिद्ध अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी थॉमसन जोसेफ जॉन (1856-1940) ने विशिष्ट आवेश q / m को मापा कैथोड-रे कण - "कॉर्पुसल्स", जैसा कि उन्होंने उन्हें कहा, कैथोड किरणों के विक्षेपण के अनुसार *) विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों में।

उस समय ज्ञात असंबद्ध हाइड्रोजन आयन के विशिष्ट आवेश के साथ प्राप्त संख्या की तुलना से, अप्रत्यक्ष तर्क द्वारा, वह इस निष्कर्ष पर पहुंचा कि इन कणों का द्रव्यमान, जिसे बाद में "इलेक्ट्रॉन" कहा जाता है, बहुत कम है (एक से अधिक) सबसे हल्के हाइड्रोजन आयन के द्रव्यमान से हजार गुना)।

उसी वर्ष, 1897 में, उन्होंने परिकल्पना को सामने रखा कि इलेक्ट्रॉन परमाणुओं का एक अभिन्न अंग हैं, और कैथोड किरणें परमाणु या विद्युत चुम्बकीय विकिरण नहीं हैं, जैसा कि किरणों के गुणों के कुछ शोधकर्ताओं का मानना था। थॉमसन ने लिखा: "इस प्रकार, कैथोड किरणें पदार्थ की एक नई अवस्था का प्रतिनिधित्व करती हैं, अनिवार्य रूप से सामान्य गैसीय अवस्था से भिन्न होती हैं ...; इस नई अवस्था में, पदार्थ वह पदार्थ है जिससे सभी तत्व निर्मित होते हैं।"

1897 के बाद से, कैथोड किरणों के कोरपसकुलर मॉडल को सामान्य मान्यता मिलनी शुरू हुई, हालांकि बिजली की प्रकृति के बारे में कई तरह के निर्णय थे। तो, जर्मन भौतिक विज्ञानी ई। वीचर्ट का मानना था कि "बिजली कुछ काल्पनिक है, वास्तव में केवल विचारों में मौजूद है", और उसी वर्ष, 1897 में प्रसिद्ध अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी लॉर्ड केल्विन ने बिजली के बारे में "निरंतर तरल पदार्थ" के रूप में लिखा था।

परमाणु के मुख्य घटक के रूप में कैथोड रे कणिकाओं के थॉमसन के विचार को बड़े उत्साह के साथ पूरा नहीं किया गया। उनके कुछ सहयोगियों ने सोचा कि जब उन्होंने सुझाव दिया कि कैथोड रे कणों को परमाणु के संभावित घटकों के रूप में माना जाना चाहिए तो उन्होंने उन्हें रहस्यमय बना दिया था। परमाणु की संरचना में थॉमसन कणों की वास्तविक भूमिका को अन्य अध्ययनों के परिणामों के संयोजन में समझा जा सकता है, विशेष रूप से, स्पेक्ट्रा के विश्लेषण और रेडियोधर्मिता के अध्ययन के परिणामों के साथ।

29 अप्रैल, 1897 को थॉमसन ने लंदन की रॉयल सोसाइटी की एक बैठक में अपना प्रसिद्ध संदेश दिया। इलेक्ट्रॉन की खोज का सही समय - दिन और घंटा - इसकी मौलिकता को देखते हुए नाम नहीं दिया जा सकता है। यह आयोजन थॉमसन और उनके कर्मचारियों के कई वर्षों के कार्य का परिणाम था। न तो थॉमसन और न ही किसी और ने कभी शाब्दिक अर्थों में एक इलेक्ट्रॉन का अवलोकन किया है, कोई भी कैथोड किरणों के एक पुंज से एक कण को अलग करने और इसके विशिष्ट आवेश को मापने में सक्षम नहीं है। खोज के लेखक जे जे थॉमसन हैं क्योंकि इलेक्ट्रॉन के बारे में उनके विचार आधुनिक लोगों के करीब थे। 1903 में, उन्होंने परमाणु के पहले मॉडल में से एक का प्रस्ताव रखा - "किशमिश का हलवा", और 1904 में सुझाव दिया कि परमाणु में इलेक्ट्रॉनों को समूहों में विभाजित किया जाता है, जो विभिन्न विन्यास बनाते हैं जो रासायनिक तत्वों की आवधिकता निर्धारित करते हैं।

खोज का स्थान ठीक-ठीक ज्ञात है - कैवेंडिश प्रयोगशाला (कैम्ब्रिज, यूके)। जेके मैक्सवेल द्वारा 1870 में बनाया गया, अगले सौ वर्षों में यह भौतिकी के विभिन्न क्षेत्रों में विशेष रूप से परमाणु और परमाणु में शानदार खोजों की एक पूरी श्रृंखला का "पालना" बन गया। इसके निदेशक थे: मैक्सवेल जे.के. - 1871 से 1879 तक, लॉर्ड रेले - 1879 से 1884 तक, थॉमसन जे.जे. - 1884 से 1919 तक, रदरफोर्ड ई. - 1919 से 1937 तक, ब्रैग एल. - 1938 से 1953 तक; 1923-1935 में उप निदेशक - चैडविक जे.

रचनात्मक खोज के माहौल में एक वैज्ञानिक या एक छोटे समूह द्वारा वैज्ञानिक प्रायोगिक अनुसंधान किया गया। लॉरेंस ब्रैग ने बाद में 1913 में अपने पिता हेनरी ब्रैग के साथ अपने काम को याद किया: "यह एक अद्भुत समय था जब लगभग हर हफ्ते नए रोमांचक परिणाम प्राप्त होते थे, जैसे नए सोने के क्षेत्रों की खोज जहां सोने की डली सीधे जमीन से उठाई जा सकती है।" यह युद्ध की शुरुआत तक जारी रहा *), जिसने हमारे संयुक्त कार्य को समाप्त कर दिया "।

3. इलेक्ट्रॉन खोज विधियाँ:

3.1 थॉमसन अनुभव

जोसेफ जॉन थॉमसन जोसेफ जॉन थॉमसन, 1856-1940

अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी, जे जे थॉमसन के रूप में बेहतर जाना जाता है। मैनचेस्टर के एक उपनगर चीथम हिल में एक सेकेंड हैंड एंटीक डीलर के परिवार में पैदा हुए। 1876 में उन्होंने कैम्ब्रिज में अध्ययन करने के लिए छात्रवृत्ति प्राप्त की। 1884-1919 में, वह कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय में प्रायोगिक भौतिकी विभाग में प्रोफेसर थे और कैवेंडिश प्रयोगशाला के अंशकालिक प्रमुख थे, जो थॉमसन के प्रयासों के लिए धन्यवाद, दुनिया के सबसे प्रसिद्ध अनुसंधान केंद्रों में से एक बन गया। वहीं, 1905-1918 में वे लंदन के रॉयल इंस्टीट्यूट में प्रोफेसर थे। 1906 में "गैसों के माध्यम से बिजली के मार्ग पर शोध के लिए" शब्द के साथ भौतिकी में नोबेल पुरस्कार विजेता, जिसमें निश्चित रूप से इलेक्ट्रॉन की खोज शामिल है। थॉमसन के बेटे जॉर्ज पगेट थॉमसन (1892-1975) भी अंततः भौतिकी में नोबेल पुरस्कार विजेता बने - 1937 में क्रिस्टल द्वारा इलेक्ट्रॉन विवर्तन की प्रायोगिक खोज के लिए।

1897 में, युवा अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जे जे थॉमसन सदियों से इलेक्ट्रॉन के खोजकर्ता के रूप में प्रसिद्ध हुए। अपने प्रयोग में, थॉमसन ने एक बेहतर कैथोड रे ट्यूब का उपयोग किया, जिसके डिजाइन को इलेक्ट्रिक कॉइल द्वारा पूरक किया गया था, जो ट्यूब के अंदर एक चुंबकीय क्षेत्र (एम्पीयर के नियम के अनुसार) बनाया गया था, और समानांतर इलेक्ट्रिक कैपेसिटर प्लेटों का एक सेट जिसने अंदर एक विद्युत क्षेत्र बनाया था। नली। इससे चुंबकीय और विद्युत दोनों क्षेत्रों के प्रभाव में कैथोड किरणों के व्यवहार का अध्ययन करना संभव हो गया।

एक नए ट्यूब डिजाइन का उपयोग करते हुए, थॉमसन ने क्रमिक रूप से दिखाया कि: (1) कैथोड किरणें विद्युत क्षेत्र की अनुपस्थिति में चुंबकीय क्षेत्र में विक्षेपित होती हैं; (2) चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में कैथोड किरणें विद्युत क्षेत्र में विक्षेपित होती हैं; और (3) संतुलित तीव्रता के विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों की एक साथ कार्रवाई के तहत, दिशाओं में उन्मुख, विपरीत दिशाओं में अलग-अलग विचलन पैदा करते हुए, कैथोड किरणें एक सीधी रेखा में फैलती हैं, अर्थात दो क्षेत्रों की क्रिया परस्पर संतुलित होती है।

थॉमसन ने पाया कि विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के बीच संबंध, जिस पर उनकी क्रिया संतुलित होती है, कणों की गति पर निर्भर करता है। माप की एक श्रृंखला के बाद, थॉमसन कैथोड किरणों की गति निर्धारित करने में सक्षम थे। यह पता चला कि वे प्रकाश की गति की तुलना में बहुत धीमी गति से चलते हैं, जिससे यह पता चलता है कि कैथोड किरणें केवल कण हो सकती हैं, क्योंकि कोई भी विद्युत चुम्बकीय विकिरण, प्रकाश सहित, प्रकाश की गति से फैलता है (विद्युत चुम्बकीय विकिरण स्पेक्ट्रम देखें)। ये अज्ञात कण। थॉमसन ने "कॉर्पुसल्स" कहा, लेकिन जल्द ही उन्हें "इलेक्ट्रॉन" कहा जाने लगा।

यह तुरंत स्पष्ट हो गया कि परमाणुओं की संरचना में इलेक्ट्रॉनों का अस्तित्व होना चाहिए - अन्यथा वे कहाँ से आएंगे? 30 अप्रैल, 1897 - लंदन की रॉयल सोसाइटी की बैठक में थॉमसन द्वारा अपने परिणामों की रिपोर्ट की तारीख - इलेक्ट्रॉन का जन्मदिन माना जाता है। और इस दिन, परमाणुओं की "अविभाज्यता" का विचार अतीत की बात बन गया (देखें पदार्थ की संरचना का परमाणु सिद्धांत)। परमाणु नाभिक की खोज के साथ, जो दस साल से कुछ अधिक समय बाद हुआ (देखें रदरफोर्ड का प्रयोग), इलेक्ट्रॉन की खोज ने परमाणु के आधुनिक मॉडल की नींव रखी।

"कैथोड", या ऊपर वर्णित कैथोड-रे ट्यूब, आधुनिक टेलीविजन किनेस्कोप और कंप्यूटर मॉनीटर के सबसे सरल पूर्ववर्ती बन गए, जिसमें वैकल्पिक रूप से एक गर्म कैथोड की सतह से इलेक्ट्रॉनों की कड़ाई से नियंत्रित मात्रा को बारी-बारी से बाहर निकाला जाता है। चुंबकीय क्षेत्र वे कड़ाई से निर्दिष्ट कोणों पर विचलन करते हैं और स्क्रीन के फॉस्फोरसेंट कोशिकाओं पर बमबारी करते हैं, जिससे उन पर फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव से उत्पन्न एक स्पष्ट छवि बनती है, जिसकी खोज भी कैथोड किरणों की वास्तविक प्रकृति के हमारे ज्ञान के बिना असंभव होगी।

3.2 रदरफोर्ड का अनुभव

अर्नेस्ट रदरफोर्ड, नेल्सन I के पहले बैरन रदरफोर्ड अर्नेस्ट रदरफोर्ड, नेल्सन के पहले बैरन रदरफोर्ड, 1871-1937

न्यूजीलैंड भौतिक विज्ञानी। एक कारीगर किसान के बेटे नेल्सन में पैदा हुए। इंग्लैंड में कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय में अध्ययन करने के लिए छात्रवृत्ति प्राप्त की। अपने स्नातक स्तर की पढ़ाई के बाद, उन्हें कनाडाई विश्वविद्यालय मैकगिल (मैकगिल विश्वविद्यालय) में नियुक्त किया गया, जहाँ, फ्रेडरिक सोडी (फ्रेडरिक सोड्डी, 1877-1966) के साथ मिलकर उन्होंने रेडियोधर्मिता की घटना के बुनियादी कानूनों की स्थापना की, जिसके लिए उन्हें 1908 में सम्मानित किया गया। रसायन विज्ञान में नोबेल पुरस्कार। जल्द ही वैज्ञानिक मैनचेस्टर विश्वविद्यालय में चले गए, जहां उनके नेतृत्व में हंस गीजर (हंस गीजर, 1882-1945) ने अपने प्रसिद्ध गीजर काउंटर का आविष्कार किया, परमाणु की संरचना का अध्ययन करना शुरू किया और 1911 में परमाणु के अस्तित्व की खोज की। नाभिक। प्रथम विश्व युद्ध के दौरान, वह दुश्मन पनडुब्बियों का पता लगाने के लिए सोनार (ध्वनिक राडार) के विकास में लगे हुए थे। 1919 में उन्हें कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय में भौतिकी के प्रोफेसर और कैवेंडिश प्रयोगशाला के निदेशक के रूप में नियुक्त किया गया और उसी वर्ष उन्होंने उच्च-ऊर्जा भारी कणों द्वारा बमबारी के परिणामस्वरूप नाभिक के क्षय की खोज की। रदरफोर्ड अपने जीवन के अंत तक इस पद पर बने रहे, साथ ही कई वर्षों तक रॉयल साइंटिफिक सोसाइटी के अध्यक्ष भी रहे। उन्हें न्यूटन, डार्विन और फैराडे के बगल में वेस्टमिंस्टर एब्बे में दफनाया गया था।

अर्नेस्ट रदरफोर्ड इस मायने में एक अद्वितीय वैज्ञानिक हैं कि उन्होंने नोबेल पुरस्कार प्राप्त करने के बाद अपनी मुख्य खोज की। 1911 में, वह एक ऐसे प्रयोग में सफल हुए, जिसने न केवल वैज्ञानिकों को परमाणु में गहराई से देखने और इसकी संरचना का अंदाजा लगाने की अनुमति दी, बल्कि लालित्य और डिजाइन की गहराई का एक मॉडल भी बन गया।

रेडियोधर्मी विकिरण के एक प्राकृतिक स्रोत का उपयोग करते हुए, रदरफोर्ड ने एक तोप का निर्माण किया जिसने कणों की एक निर्देशित और केंद्रित धारा दी। बंदूक एक संकीर्ण स्लॉट वाला एक लीड बॉक्स था, जिसके अंदर रेडियोधर्मी सामग्री रखी गई थी। इसके कारण, एक को छोड़कर सभी दिशाओं में रेडियोधर्मी पदार्थ द्वारा उत्सर्जित कण (इस मामले में, अल्फा कणों में दो प्रोटॉन और दो न्यूट्रॉन होते हैं), लीड स्क्रीन द्वारा अवशोषित किए गए थे, और केवल अल्फा कणों का एक निर्देशित बीम उड़ गया भट्ठा के माध्यम से।

अनुभव योजना

आगे बीम के रास्ते में संकीर्ण स्लिट्स के साथ कई और लीड स्क्रीन खड़े थे, जो कड़ाई से विचलित होने वाले कणों को काटते थे

दिशा दी। नतीजतन, अल्फा कणों का एक पूरी तरह से केंद्रित बीम लक्ष्य तक उड़ गया, और लक्ष्य स्वयं सोने की पन्नी की एक बहुत पतली चादर थी। यह अल्फा किरण थी जिसने उसे मारा। पन्नी के परमाणुओं से टकराने के बाद, अल्फा कण अपने रास्ते पर चलते रहे और लक्ष्य के पीछे स्थापित एक ल्यूमिनसेंट स्क्रीन से टकराए, जिस पर अल्फा कणों के टकराने पर चमक दर्ज की गई। उनसे, प्रयोगकर्ता अनुमान लगा सकता है कि फोइल परमाणुओं के साथ टकराव के परिणामस्वरूप कितने और कितने अल्फा कण रेक्टिलाइनियर गति की दिशा से विचलित हो जाते हैं।

हालाँकि, रदरफोर्ड ने देखा कि उनके पूर्ववर्तियों में से किसी ने भी प्रायोगिक रूप से यह परीक्षण करने की कोशिश नहीं की कि क्या कुछ अल्फा कणों को बहुत बड़े कोणों पर विक्षेपित किया गया था। किशमिश ग्रिड मॉडल ने परमाणु में संरचनात्मक तत्वों के अस्तित्व को इतना घना और भारी नहीं होने दिया कि वे तेजी से अल्फा कणों को महत्वपूर्ण कोणों पर विक्षेपित कर सकें, इसलिए किसी ने भी इस संभावना का परीक्षण करने की जहमत नहीं उठाई। रदरफोर्ड ने अपने छात्रों में से एक को उपकरण को इस तरह से फिर से लैस करने के लिए कहा कि बड़े विक्षेपण कोणों पर अल्फा कणों के बिखरने का निरीक्षण करना संभव हो - इस संभावना को पूरी तरह से समाप्त करने के लिए, केवल अपने विवेक को साफ करने के लिए। डिटेक्टर सोडियम सल्फाइड के साथ लेपित एक स्क्रीन था, एक ऐसी सामग्री जो एक फ्लोरोसेंट फ्लैश को बंद कर देती है जब एक अल्फा कण इसे हिट करता है। सीधे तौर पर प्रयोग करने वाले छात्र को ही नहीं, बल्कि खुद रदरफोर्ड को भी आश्चर्य हुआ, जब यह पता चला कि कुछ कण 180 ° तक के कोण से विचलित होते हैं!

प्रयोग के परिणामों के आधार पर रदरफोर्ड द्वारा खींचे गए परमाणु के चित्र से आज हम परिचित हैं। एक परमाणु में एक सुपरडेंस, कॉम्पैक्ट न्यूक्लियस होता है जो सकारात्मक चार्ज करता है, और इसके चारों ओर नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए प्रकाश इलेक्ट्रॉन होते हैं। बाद में, वैज्ञानिकों ने इस तस्वीर को एक ठोस सैद्धांतिक आधार पर रखा (बोह्र परमाणु देखें), लेकिन यह सब रेडियोधर्मी सामग्री के एक छोटे से नमूने और सोने की पन्नी के एक टुकड़े के साथ एक साधारण प्रयोग से शुरू हुआ।

3.2 विधि मिलिकन

3.2.1। संक्षिप्त जीवनी:

रॉबर्ट मिलिकेन का जन्म 1868 में इलिनोइस में एक पुजारी के गरीब परिवार में हुआ था। उन्होंने अपना बचपन मकोवकेट के प्रांतीय शहर में बिताया, जहाँ खेल पर बहुत ध्यान दिया जाता था और बुरी तरह पढ़ाया जाता था। भौतिकी पढ़ाने वाले एक माध्यमिक विद्यालय के निदेशक ने, उदाहरण के लिए, अपने युवा छात्रों से कहा: “आप तरंगों से ध्वनि कैसे बना सकते हैं? बकवास, लड़कों, यह सब बकवास है!"

ओबरडीन कॉलेज बेहतर नहीं था, लेकिन मिलिकन, जिसके पास भौतिक समर्थन नहीं था, को खुद हाई स्कूल में भौतिकी पढ़ाना पड़ा। अमेरिका में उस समय फ्रेंच से अनुवादित भौतिकी पर केवल दो पाठ्यपुस्तकें थीं, और प्रतिभाशाली युवक को उनका अध्ययन करने और उन्हें सफलतापूर्वक पढ़ाने में कोई कठिनाई नहीं हुई। 1893 में उन्होंने कोलंबिया विश्वविद्यालय में प्रवेश किया, फिर जर्मनी में अध्ययन करने गए।

मिलिकन 28 साल के थे जब उन्हें शिकागो विश्वविद्यालय में सहायक पद लेने के लिए ए. मिशेलसन से एक प्रस्ताव मिला। शुरुआत में, वह लगभग विशेष रूप से शैक्षणिक कार्यों में लगे हुए थे, और केवल चालीस वर्ष की आयु में उन्होंने वैज्ञानिक अनुसंधान शुरू किया, जिसने उन्हें दुनिया भर में प्रसिद्धि दिलाई।

3.2.2। पहला अनुभव और समस्या समाधान:

पहले प्रयोग इस प्रकार थे। एक फ्लैट कैपेसिटर की प्लेटों के बीच, जिस पर 4000 V का वोल्टेज लगाया गया था, आयनों पर बसने वाली पानी की बूंदों से मिलकर एक बादल बनाया गया था। सबसे पहले, बिजली के क्षेत्र की अनुपस्थिति में बादल के शीर्ष का गिरना देखा गया। फिर वोल्टेज चालू करके एक बादल बनाया गया। गुरुत्वाकर्षण और विद्युत बल की क्रिया के तहत बादल का गिरना।
एक बादल में एक बूंद पर कार्य करने वाले बल का अनुपात इसे प्राप्त गति से पहले और दूसरे मामलों में समान होता है। पहले मामले में, बल mg के बराबर है, दूसरे में mg + qE, जहाँ q ड्रॉप चार्ज है, E विद्युत क्षेत्र की ताकत है। यदि पहली स्थिति में गति υ 1 है तो दूसरी स्थिति में υ 2, तब

हवा की चिपचिपाहट पर बादल के गिरने के वेग υ की निर्भरता को जानने के बाद, हम वांछित चार्ज q की गणना कर सकते हैं। हालाँकि, इस विधि ने वांछित सटीकता नहीं दी क्योंकि इसमें काल्पनिक धारणाएँ थीं जो प्रयोगकर्ता के नियंत्रण से परे थीं।

माप सटीकता को बढ़ाने के लिए, सबसे पहले क्लाउड वाष्पीकरण को ध्यान में रखना आवश्यक था, जो माप प्रक्रिया के दौरान अनिवार्य रूप से हुआ था।

इस समस्या पर चिंतन करते हुए, मिलिकन शास्त्रीय ड्रॉप पद्धति के साथ आए, जिसने कई अप्रत्याशित संभावनाएं खोलीं। आविष्कार की कहानी बताने के लिए लेखक को छोड़ दें:
"यह महसूस करते हुए कि बूंदों के वाष्पीकरण की दर अज्ञात बनी हुई है, मैंने एक ऐसी विधि के बारे में सोचने की कोशिश की जो इस अनिश्चित मूल्य को पूरी तरह समाप्त कर दे। मेरी योजना इस प्रकार थी। पिछले प्रयोगों में, विद्युत क्षेत्र गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में बादल के शीर्ष के गिरने की गति को केवल थोड़ा ही बढ़ा या घटा सकता था। अब मैं इस क्षेत्र को मजबूत करना चाहता था ताकि बादल की ऊपरी सतह लगातार ऊंचाई पर रहे। इस मामले में, बादल की वाष्पीकरण दर को सटीक रूप से निर्धारित करना और गणना में इसे ध्यान में रखना संभव हो गया।

इस विचार को लागू करने के लिए, मिलिकेन ने एक छोटे आकार की रिचार्जेबल बैटरी तैयार की, जो 10 4 V तक का वोल्टेज देती थी (उस समय के लिए यह प्रयोगकर्ता की एक उत्कृष्ट उपलब्धि थी)। निलंबित अवस्था में "मोहम्मद के ताबूत" जैसे बादल को रखने के लिए उसे एक मजबूत क्षेत्र बनाना था। "जब मैं तैयार था," मिलिकेन कहते हैं, और जब बादल बना, मैंने स्विच चालू किया, और बादल एक विद्युत क्षेत्र में था। और उस क्षण यह मेरी आंखों के सामने पिघल गया, दूसरे शब्दों में, पूरे बादल का एक छोटा सा टुकड़ा भी नहीं बचा था जिसे नियंत्रण ऑप्टिकल डिवाइस की मदद से देखा जा सके, जैसा कि विल्सन ने किया था और मैं करने जा रहा था। पहले तो मुझे ऐसा लगा कि ऊपरी और निचली प्लेटों के बीच विद्युत क्षेत्र में बिना किसी निशान के बादल के गायब होने का मतलब है कि प्रयोग बिना परिणाम के समाप्त हो गया ... ”हालांकि, जैसा कि विज्ञान के इतिहास में अक्सर होता है, विफलता ने जन्म दिया एक नए विचार के लिए। उसने बूंदों की प्रसिद्ध विधि का नेतृत्व किया। "दोहराए गए प्रयोग," मिलिकेन लिखते हैं, "दिखाया कि बादल के बाद एक शक्तिशाली विद्युत क्षेत्र में इसके स्थान पर बिखरने के बाद कई अलग-अलग पानी की बूंदों को पहचाना जा सकता है”(मेरे द्वारा जोर दिया गया। - वी.डी.)। "दुर्भाग्यपूर्ण" अनुभव ने संतुलन में रखने और व्यक्तिगत बूंदों को पर्याप्त रूप से लंबे समय तक देखने की संभावना की खोज की।

लेकिन अवलोकन अवधि के दौरान, वाष्पीकरण के परिणामस्वरूप पानी की बूंद का द्रव्यमान काफी बदल गया, और मिलिकन ने कई दिनों की खोज के बाद, तेल की बूंदों के साथ प्रयोग करना शुरू कर दिया।

प्रायोगिक प्रक्रिया सरल निकली। संधारित्र की प्लेटों के बीच रुद्धोष्म विस्तार एक बादल बनाता है। इसमें अलग-अलग मॉड्यूलस और साइन के चार्ज वाली बूंदें होती हैं। जब विद्युत क्षेत्र को चालू किया जाता है, तो संधारित्र की ऊपरी प्लेट के आवेश के समान आवेश वाली बूँदें तेजी से गिरती हैं, और विपरीत आवेश वाली बूँदें ऊपरी प्लेट द्वारा आकर्षित होती हैं। लेकिन बूंदों की एक निश्चित संख्या में ऐसा आवेश होता है कि गुरुत्वाकर्षण बल विद्युत बल द्वारा संतुलित होता है।

7 या 8 मिनट के बाद। बादल छिन्न-भिन्न हो जाता है, और बूंदों की एक छोटी संख्या देखने के क्षेत्र में रह जाती है, जिसका आवेश संकेतित बलों के संतुलन से मेल खाता है।

मिलिकन ने इन बूंदों को अलग चमकीले बिंदुओं के रूप में देखा। "इन बूंदों का इतिहास आमतौर पर निम्नानुसार आगे बढ़ता है," वे लिखते हैं। "क्षेत्र के बल पर गुरुत्वाकर्षण की थोड़ी सी भी प्रबलता के मामले में, वे धीरे-धीरे गिरने लगते हैं, लेकिन, चूंकि वे धीरे-धीरे वाष्पित हो जाते हैं, उनका नीचे की ओर बढ़ना जल्द ही बंद हो जाता है , और वे काफी लंबे समय के लिए गतिहीन हो जाते हैं। फिर मैदान हावी होने लगता है और बूँदें धीरे-धीरे ऊपर उठने लगती हैं। प्लेटों के बीच की जगह में उनके जीवन के अंत की ओर, यह ऊपर की ओर गति बहुत तेज हो जाती है, और वे ऊपरी प्लेट की ओर बड़ी तेजी से आकर्षित होते हैं।

3.2.3। स्थापना विवरण:

मिलिकन स्थापना की योजना, जिसकी मदद से 1909 में निर्णायक परिणाम प्राप्त हुए, चित्र 17 में दिखाया गया है।

चैम्बर C में 22 सेमी के व्यास (उनके बीच की दूरी 1.6 सेमी) के साथ गोल पीतल की प्लेटों M और N से बना एक सपाट संधारित्र रखा गया था। शीर्ष प्लेट के केंद्र में एक छोटा छेद p बनाया गया था, जिसके माध्यम से तेल की बूंदें गुजरती थीं। बाद वाले एक स्प्रेयर के साथ तेल के एक जेट को उड़ाकर बनाए गए थे। कांच के ऊन के साथ एक पाइप के माध्यम से हवा को पहले धूल से साफ किया गया था। तेल की बूंदों का व्यास लगभग 10 -4 सेंटीमीटर था।

स्टोरेज बैटरी बी से, कैपेसिटर प्लेट्स पर 10 4 वी का वोल्टेज लागू किया गया था। एक स्विच का उपयोग करके, प्लेटों को शॉर्ट-सर्किट करना संभव था और इस तरह विद्युत क्षेत्र को नष्ट कर दिया गया।

प्लेटों M और N के बीच गिरने वाली तेल की बूंदों को एक मजबूत स्रोत द्वारा प्रकाशित किया गया। बूंदों का व्यवहार दूरबीन के माध्यम से किरणों की दिशा के लंबवत देखा गया।

बूंदों के संघनन के लिए आवश्यक आयन प्लेटों के किनारे 3 से 10 सेमी की दूरी पर स्थित 200 मिलीग्राम वजन वाले रेडियम के एक टुकड़े से विकिरण द्वारा बनाए गए थे।

एक विशेष उपकरण की मदद से पिस्टन को नीचे करके गैस का विस्तार किया गया। विस्तार के बाद 1-2 एस के बाद, रेडियम को हटा दिया गया या लीड स्क्रीन के साथ कवर किया गया। फिर विद्युत क्षेत्र चालू किया गया और दूरबीन में बूंदों का अवलोकन शुरू हुआ। पाइप में एक पैमाना था जिसके द्वारा एक निश्चित अवधि में एक बूंद द्वारा तय किए गए पथ की गणना करना संभव था। समय एक पिंजरे के साथ एक सटीक घड़ी द्वारा निर्धारित किया गया था।

अवलोकन की प्रक्रिया में, मिलिकन ने एक ऐसी घटना की खोज की जो व्यक्तिगत प्राथमिक शुल्कों के बाद के सटीक मापों की पूरी श्रृंखला की कुंजी के रूप में कार्य करती है।

"निलंबित बूंदों पर काम करते समय," मिलिकन लिखते हैं, "मैं उन्हें रेडियम किरणों से बचाने के लिए कई बार भूल गया। तब मैंने देखा कि समय-समय पर बूंदों में से एक ने अचानक अपना चार्ज बदल दिया और क्षेत्र के साथ या उसके खिलाफ चलना शुरू कर दिया, जाहिर तौर पर पहले मामले में एक सकारात्मक आयन और दूसरे मामले में एक नकारात्मक आयन पर कब्जा कर लिया। इसने न केवल अलग-अलग बूंदों के आवेशों को निश्चित रूप से मापने की संभावना को खोल दिया, जैसा कि मैंने तब तक किया था, बल्कि एक व्यक्तिगत वायुमंडलीय आयन के आवेश को भी।

वास्तव में, एक ही बूंद के वेग को दो बार मापने से, एक बार पहले और दूसरी बार आयन पर कब्जा करने के बाद, मैं स्पष्ट रूप से ड्रॉप के गुणों और माध्यम के गुणों को पूरी तरह से बाहर कर सकता हूं और केवल आनुपातिक मूल्य के साथ काम कर सकता हूं। पकड़े गए आयन का प्रभार।

3.2.4। प्राथमिक शुल्क की गणना:

प्रारंभिक शुल्क की गणना मिलिकन द्वारा निम्नलिखित विचारों के आधार पर की गई थी। बूँद की गति उस पर कार्य करने वाले बल के समानुपाती होती है और बूँद के आवेश पर निर्भर नहीं करती है।
यदि एक संधारित्र की प्लेटों के बीच केवल गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के तहत गति v पर एक बूंद गिरती है, तो

जब गुरुत्वाकर्षण के खिलाफ निर्देशित क्षेत्र चालू होता है, तो अभिनय बल qE - mg का अंतर होगा, जहाँ q ड्रॉप का आवेश है, E क्षेत्र की ताकत का मापांक है।

ड्रॉप गति होगी:

υ 2 \u003d के (क्यूई-एमजी) (2)

यदि हम समानता (1) को (2) से विभाजित करते हैं, तो हमें मिलता है

यहां से

बता दें कि ड्रॉप ने आयन पर कब्जा कर लिया है और इसका चार्ज q "के बराबर हो गया है, और गति की गति υ 2 है। इस कैप्चर किए गए आयन के चार्ज को ई द्वारा निरूपित किया जाएगा।

फिर ई = क्यू "- क्यू।

(3) का प्रयोग करके, हम प्राप्त करते हैं

दी गई बूंद के लिए मान स्थिर रहता है।

3.2.5। मिलिकन विधि से निष्कर्ष

नतीजतन, एक बूंद द्वारा कब्जा कर लिया गया कोई भी चार्ज वेग में अंतर (υ "2 - υ 2) के समानुपाती होगा, दूसरे शब्दों में, आयन पर कब्जा करने के कारण ड्रॉप की गति में परिवर्तन के लिए आनुपातिक! तो, प्रारंभिक आवेश की माप को ड्रॉप द्वारा तय किए गए पथ और उस समय को मापने के लिए कम किया गया था जिसके दौरान यह पथ तय किया गया था। कई अवलोकनों ने सूत्र (4) की वैधता को दिखाया है। यह पता चला है कि ई का मान केवल बदल सकता है छलांग में! शुल्क ई, 2e, 3e, 4e, आदि हमेशा देखे जाते हैं।

"कई मामलों में," मिलिकन लिखते हैं, "गिरावट पांच या छह घंटे के लिए देखी गई थी, और इस दौरान इसने आठ या दस आयन नहीं, बल्कि उनमें से सैकड़ों पर कब्जा कर लिया। कुल मिलाकर, मैंने इस तरह से कई हज़ारों आयनों को कैप्चर करते हुए देखा है, और सभी मामलों में कैप्चर किया गया चार्ज ... या तो कैप्चर किए गए सभी चार्जों में से सबसे छोटे के बराबर था, या यह इसके एक छोटे पूर्णांक गुणक के बराबर था मूल्य। यह एक प्रत्यक्ष और अकाट्य प्रमाण है कि इलेक्ट्रॉन एक 'सांख्यिकीय औसत' नहीं है, लेकिन आयनों पर सभी विद्युत आवेश या तो इलेक्ट्रॉन पर आवेश के बराबर होते हैं या इस आवेश के छोटे पूर्णांक गुणक होते हैं।

तो, परमाणुवाद, असततता, या, आधुनिक शब्दों में, विद्युत आवेश का परिमाणीकरण एक प्रायोगिक तथ्य बन गया है। अब यह दिखाना महत्वपूर्ण था कि इलेक्ट्रॉन सर्वव्यापी है। किसी भी प्रकृति के शरीर में कोई भी विद्युत आवेश समान प्राथमिक आवेशों का योग होता है।

मिलिकन की विधि ने स्पष्ट रूप से इस प्रश्न का उत्तर देना संभव बना दिया। पहले प्रयोगों में, रेडियोधर्मी विकिरण की एक धारा द्वारा तटस्थ गैस अणुओं के आयनीकरण द्वारा आवेशों का निर्माण किया गया था। बूंदों द्वारा पकड़े गए आयनों का आवेश मापा गया।

जब किसी द्रव का परमाणु से छिड़काव किया जाता है, तो घर्षण के कारण बूंदों का विद्युतीकरण हो जाता है। यह उन्नीसवीं सदी में अच्छी तरह से जाना जाता था। क्या ये आवेश आयन आवेशों के समान परिमाणित हैं? मिलिकन छिड़काव के बाद बूंदों का "वजन" करता है और ऊपर वर्णित तरीके से चार्ज माप करता है। अनुभव विद्युत आवेश की समान असततता को प्रकट करता है।

तेल (ढांकता हुआ), ग्लिसरीन (सेमीकंडक्टर), मरकरी (कंडक्टर), मिलिकन की बूंदों का छिड़काव यह साबित करता है कि किसी भी भौतिक प्रकृति के निकायों पर आरोप बिना किसी स्थिर मान के अलग-अलग प्राथमिक भागों के अपवाद के बिना सभी मामलों में होते हैं। 1913 में, मिलिकन ने कई प्रयोगों के परिणामों को अभिव्यक्त किया और प्राथमिक आवेश के लिए निम्नलिखित मान दिया: e = 4.774। 10 -10 इकाइयां एसजीएसई चार्ज करें। इस प्रकार, आधुनिक भौतिकी के सबसे महत्वपूर्ण स्थिरांकों में से एक स्थापित किया गया था। विद्युत आवेश का निर्धारण एक साधारण अंकगणितीय समस्या बन गई है।

3.4 कॉम्पटन इमेजिंग विधि:

C.T.R की खोज ने इलेक्ट्रॉन की वास्तविकता के विचार को मजबूत करने में एक बड़ी भूमिका निभाई। आयनों पर जल वाष्प संघनन के प्रभाव का विल्सन, जिसके कारण कण पटरियों की तस्वीर लेने की संभावना थी।

वे कहते हैं कि व्याख्यान में ए। कॉम्पटन माइक्रोपार्टिकल्स के अस्तित्व की वास्तविकता के संशयवादी श्रोता को मना नहीं सका। उसने जोर देकर कहा कि वह तभी विश्वास करेगा जब वह उन्हें अपनी आंखों से देखेगा।
फिर कॉम्पटन ने एक α-कण ट्रैक के साथ एक तस्वीर दिखाई, जिसके बगल में एक फिंगरप्रिंट था। "तुम्हें पता है कि यह क्या है?" कॉम्पटन से पूछा। "फिंगर," श्रोता ने उत्तर दिया। "उस मामले में," कॉम्पटन ने गंभीरता से घोषित किया, "यह चमकदार बैंड कण है।"
इलेक्ट्रॉन पटरियों की तस्वीरें न केवल इलेक्ट्रॉनों की वास्तविकता की गवाही देती हैं। उन्होंने इलेक्ट्रॉनों के छोटे आकार के बारे में धारणा की पुष्टि की और प्रयोग के साथ सैद्धांतिक गणना के परिणामों की तुलना करना संभव बना दिया, जिसमें इलेक्ट्रॉन त्रिज्या दिखाई दिया। कैथोड किरणों की भेदन शक्ति के अध्ययन में लेनार्ड द्वारा शुरू किए गए प्रयोगों से पता चला कि रेडियोधर्मी पदार्थों द्वारा उत्सर्जित बहुत तेज इलेक्ट्रॉन सीधी रेखाओं के रूप में गैस में ट्रैक देते हैं। ट्रैक की लंबाई इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा के समानुपाती होती है। उच्च-ऊर्जा α-कण ट्रैक की तस्वीरें दिखाती हैं कि ट्रैक में बड़ी संख्या में बिंदु होते हैं। प्रत्येक बिंदु एक पानी की बूंद है जो एक आयन पर दिखाई देता है, जो एक परमाणु के साथ एक इलेक्ट्रॉन की टक्कर के परिणामस्वरूप बनता है। एक परमाणु के आकार और उनकी सघनता को जानने के बाद, हम उन परमाणुओं की संख्या की गणना कर सकते हैं जिनके माध्यम से एक अल्फा कण को एक निश्चित दूरी पर गुजरना होगा। एक सरल गणना से पता चलता है कि एक α-कण को लगभग 300 परमाणुओं की यात्रा करनी चाहिए, इससे पहले कि यह इलेक्ट्रॉनों में से एक से मिलता है जो रास्ते में परमाणु के खोल को बनाता है और आयनीकरण पैदा करता है।

यह तथ्य स्पष्ट रूप से इंगित करता है कि इलेक्ट्रॉनों का आयतन परमाणु के आयतन का एक नगण्य अंश है। कम ऊर्जा वाले एक इलेक्ट्रॉन का पथ घुमावदार होता है, इसलिए एक धीमा इलेक्ट्रॉन अंतर-परमाणु क्षेत्र द्वारा विक्षेपित होता है। यह अपने रास्ते में अधिक आयनीकरण की घटनाओं का उत्पादन करता है।

बिखरने के सिद्धांत से, इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा के आधार पर विक्षेपण कोणों का अनुमान लगाने के लिए डेटा प्राप्त किया जा सकता है। वास्तविक पटरियों के विश्लेषण में इन आंकड़ों की अच्छी तरह से पुष्टि की गई है।सिद्धांत और प्रयोग के संयोग ने इलेक्ट्रॉन के विचार को पदार्थ के सबसे छोटे कण के रूप में मजबूत किया।

निष्कर्ष:

प्राथमिक विद्युत आवेश के मापन ने कई महत्वपूर्ण भौतिक स्थिरांकों को सटीक रूप से निर्धारित करने की संभावना को खोल दिया।
ई के मान को स्वचालित रूप से जानने से मौलिक स्थिरांक - अवोगाद्रो स्थिरांक का मान निर्धारित करना संभव हो जाता है। मिलिकन के प्रयोगों से पहले, अवोगाद्रो स्थिरांक के केवल मोटे अनुमान थे, जो गैसों के गतिज सिद्धांत द्वारा दिए गए थे। ये अनुमान एक वायु अणु की औसत त्रिज्या की गणना पर आधारित थे और 2 से काफी विस्तृत सीमा के भीतर भिन्न थे। 10 23 से 20 . 10 23 1/मोल।

आइए मान लें कि हम आवेश Q को जानते हैं जो इलेक्ट्रोलाइट विलयन से होकर गुजरा है और पदार्थ M की मात्रा जो इलेक्ट्रोड पर जमा हुआ है। तब, यदि आयन का आवेश Ze 0 के बराबर हो और उसका द्रव्यमान m 0 हो, तो समानता

यदि निक्षेपित पदार्थ का द्रव्यमान एक मोल के बराबर है,

फिर क्यू \u003d एफ- फैराडे स्थिर, और एफ \u003d एन 0 ई, जहां से:

जाहिर है, अवोगाद्रो स्थिरांक के निर्धारण की सटीकता उस सटीकता द्वारा दी जाती है जिसके साथ इलेक्ट्रॉन आवेश को मापा जाता है। मौलिक स्थिरांकों को निर्धारित करने की सटीकता में अभ्यास की आवश्यकता थी, और यह इलेक्ट्रिक चार्ज क्वांटम को मापने के लिए तकनीक में सुधार जारी रखने के लिए प्रोत्साहनों में से एक था। यह कार्य, जो पहले से ही विशुद्ध रूप से मेट्रोलॉजिकल प्रकृति का है, आज भी जारी है।

वर्तमान में सबसे सटीक मान हैं:

ई \u003d (4.8029 ± 0.0005) 10 -10। इकाइयों चार्ज एसजीएसई;

एन 0 \u003d (6.0230 ± 0.0005) 10 23 1 / मोल।

एन ओ को जानने के बाद, 1 सेमी 3 में गैस के अणुओं की संख्या निर्धारित करना संभव है, क्योंकि गैस के 1 मोल द्वारा घेरा गया आयतन एक ज्ञात स्थिरांक है।

1 सेमी 3 में गैस के अणुओं की संख्या के ज्ञान ने बदले में अणु की तापीय गति की औसत गतिज ऊर्जा निर्धारित करना संभव बना दिया। अंत में, थर्मल विकिरण के नियम में प्लैंक स्थिरांक और स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक को निर्धारित करने के लिए इलेक्ट्रॉन के आवेश का उपयोग किया जा सकता है।

विवरण श्रेणी: बिजली और चुंबकत्व पर पोस्ट किया गया 06/08/2015 05:51 दृश्य: 6694

भौतिकी में मूलभूत स्थिरांकों में से एक प्राथमिक विद्युत आवेश है। यह एक अदिश राशि है जो भौतिक निकायों की विद्युत चुम्बकीय बातचीत में भाग लेने की क्षमता को दर्शाती है।

प्राथमिक विद्युत आवेश को सबसे छोटा धनात्मक या ऋणात्मक आवेश माना जाता है जिसे विभाजित नहीं किया जा सकता है। इसका मान इलेक्ट्रॉन आवेश के मान के बराबर होता है।

तथ्य यह है कि कोई भी स्वाभाविक रूप से होने वाला विद्युत आवेश हमेशा प्राथमिक आवेशों की एक पूर्णांक संख्या के बराबर होता है, 1752 में प्रसिद्ध राजनेता बेंजामिन फ्रैंकलिन, एक राजनेता और राजनयिक द्वारा सुझाया गया था, जो वैज्ञानिक और आविष्कारशील गतिविधियों में भी शामिल थे, पहले अमेरिकी जो सदस्य बने रूसी विज्ञान अकादमी के।

बेंजामिन फ्रैंकलिन

यदि फ्रैंकलिन की धारणा सही है, और किसी भी आवेशित निकाय या निकायों की प्रणाली के विद्युत आवेश में प्राथमिक आवेशों की एक पूर्णांक संख्या होती है, तो यह आवेश इलेक्ट्रॉन आवेशों की पूर्णांक संख्या वाले मान द्वारा अचानक बदल सकता है।

पहली बार, यह एक अमेरिकी वैज्ञानिक, शिकागो विश्वविद्यालय के एक प्रोफेसर, रॉबर्ट मिलिकेन द्वारा पुष्टि की गई और काफी सटीक रूप से निर्धारित की गई।

मिलिकन अनुभव

मिलिकन प्रयोग की योजना

मिलिकन ने अपना पहला प्रसिद्ध तेल बूंद प्रयोग 1909 में अपने सहायक हार्वे फ्लेचर के साथ किया। उनका कहना है कि पहले तो उन्होंने पानी की बूंदों की मदद से प्रयोग करने की योजना बनाई, लेकिन वे कुछ ही सेकंड में वाष्पित हो गए, जो स्पष्ट रूप से परिणाम प्राप्त करने के लिए पर्याप्त नहीं था। फिर मिलिकेन ने फ्लेचर को फ़ार्मेसी भेजा, जहाँ उन्होंने एक स्प्रे बोतल और घड़ी के तेल की एक शीशी खरीदी। यह अनुभव को सफल बनाने के लिए काफी था। इसके बाद, मिलिकेन को इसके लिए नोबेल पुरस्कार मिला और फ्लेचर को डॉक्टरेट की उपाधि मिली।

रॉबर्ट मिलिकेन

हार्वे फ्लेचर

मिलिकन प्रयोग क्या था?

दो धातु प्लेटों के बीच गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में एक विद्युतीकृत तेल की बूंद नीचे गिरती है। लेकिन अगर उनके बीच विद्युत क्षेत्र बना दिया जाए तो यह बूंद को गिरने से रोकेगा। विद्युत क्षेत्र की ताकत को मापकर, ड्रॉप के चार्ज को निर्धारित किया जा सकता है।

प्रयोगकर्ताओं ने बर्तन के अंदर संधारित्र की दो धातु की प्लेटें रखीं। स्प्रे बंदूक की मदद से तेल की सबसे छोटी बूंदों को वहां पेश किया गया था, जो हवा के खिलाफ उनके घर्षण के परिणामस्वरूप छिड़काव के दौरान नकारात्मक रूप से चार्ज हो गए थे।

विद्युत क्षेत्र की अनुपस्थिति में छोटी बूंद गिरती है

गुरुत्वाकर्षण F w = mg की क्रिया के तहत, बूंदें नीचे गिरने लगीं। लेकिन चूँकि वे निर्वात में नहीं, बल्कि एक माध्यम में थे, तब वायु प्रतिरोध के बल ने उन्हें स्वतंत्र रूप से गिरने से रोक दिया फ्रे = 6πη आरवी 0 , कहाँ पे η हवा की चिपचिपाहट है। कब एफ डब्ल्यू और एफ रेस संतुलित, गिरावट एक गति के साथ एक समान हो गई v0 . इस गति को मापकर वैज्ञानिक ने बूंद की त्रिज्या निर्धारित की।

एक विद्युत क्षेत्र के प्रभाव में एक छोटी बूंद "तैरती" है

यदि उस समय छोटी बूंद गिरती है, तो प्लेटों पर इस तरह से वोल्टेज लगाया जाता है कि ऊपरी प्लेट को एक सकारात्मक चार्ज मिलता है और नीचे एक नकारात्मक, बूंद बंद हो जाती है। उसे उभरते विद्युत क्षेत्र द्वारा रोका गया था। बूँदें तैरने लगती हैं। यह तब हुआ जब सत्ता एफ आर विद्युत क्षेत्र से कार्य करने वाले बल द्वारा संतुलित एफ आर = ई ई ,

कहाँ पे एफ आर- गुरुत्वाकर्षण का परिणामी बल और आर्किमिडीज का बल।

एफ आर = 4/3 जनसंपर्क 3 ( ρ – ρ 0) जी

ρ तेल की बूंद का घनत्व है;

ρ 0 – वायु घनत्व।

आर बूंद की त्रिज्या है।

जानने एफ आर और इ , मूल्य निर्धारित करना संभव है इ .

चूँकि यह सुनिश्चित करना बहुत मुश्किल था कि छोटी बूंद लंबे समय तक स्थिर रहे, मिलिकेन और फ्लेचर ने एक ऐसा क्षेत्र बनाया जिसमें रुकने के बाद छोटी बूंद बहुत कम गति से ऊपर की ओर बढ़ने लगी। वि . इस मामले में

प्रयोगों को कई बार दोहराया गया। एक्स-रे या पराबैंगनी उपकरण के साथ उन्हें विकिरणित करके बूंदों पर आरोप लगाए गए थे। लेकिन हर बार ड्रॉप का कुल चार्ज हमेशा कई प्राथमिक चार्ज के बराबर होता था।

1911 में, मिलिकेन ने पाया कि एक इलेक्ट्रॉन का आवेश 1.5924(17) x 10 -19 C होता है। वैज्ञानिक केवल 1% गलत था। इसका आधुनिक मान 1.602176487 (10) x 10 -19 C है।

इओफे अनुभव

अब्राम फेडोरोविच इओफ़े

यह कहा जाना चाहिए कि लगभग एक साथ मिलिकन के साथ, लेकिन स्वतंत्र रूप से, इस तरह के प्रयोग रूसी भौतिक विज्ञानी अब्राम फेडोरोविच इओफे द्वारा किए गए थे। और उनका प्रायोगिक सेटअप मिलिकन के समान था। लेकिन बर्तन से हवा को बाहर निकाल दिया गया और उसमें एक निर्वात पैदा हो गया। और तेल की बूंदों के बजाय, Ioffe ने जस्ता के छोटे आवेशित कणों का उपयोग किया। उनका आंदोलन एक माइक्रोस्कोप के तहत देखा गया था।

इओफ स्थापना

1- एक ट्यूब

2-कैमरा

3 - धातु की प्लेटें

4 - सूक्ष्मदर्शी

5 - पराबैंगनी उत्सर्जक

एक इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र की कार्रवाई के तहत, जस्ता का एक दाना गिर गया। जैसे ही धूल के कण का गुरुत्वाकर्षण उस पर विद्युत क्षेत्र से लगने वाले बल के बराबर हो गया, गिरना बंद हो गया। जब तक धूल के कण का आवेश नहीं बदला, तब तक यह गतिहीन लटका रहा। लेकिन अगर यह पराबैंगनी प्रकाश के संपर्क में आया, तो इसका चार्ज कम हो गया और संतुलन गड़बड़ा गया। वह फिर से गिरने लगी। फिर प्लेटों पर आवेश की मात्रा बढ़ा दी गई। तदनुसार, विद्युत क्षेत्र में वृद्धि हुई, और गिरावट फिर से बंद हो गई। ऐसा कई बार किया गया। नतीजतन, यह पाया गया कि हर बार धूल के कण का चार्ज एक प्राथमिक कण के चार्ज के गुणक से बदल जाता है।

Ioffe ने इस कण के आवेश के परिमाण की गणना नहीं की। लेकिन, 1925 में एक समान प्रयोग करने के बाद, भौतिक विज्ञानी एन.आई. Dobronravov, पायलट संयंत्र को थोड़ा संशोधित करने और जस्ता के बजाय बिस्मथ धूल के कणों का उपयोग करते हुए, उन्होंने सिद्धांत की पुष्टि की

प्राथमिक की परिभाषा

इलेक्ट्रोलिसिस विधि द्वारा विद्युत आवेश

उपकरण:प्रत्यक्ष वर्तमान स्रोत, "इलेक्ट्रोलाइट" सेट से इलेक्ट्रोड के साथ क्युवेट, प्रयोगशाला वाल्टमीटर, रोकनेवाला, वजन या इलेक्ट्रॉनिक के साथ तराजू, कुंजी, कनेक्टिंग तार, कॉपर सल्फेट समाधान, स्टॉपवॉच (या दूसरे हाथ से घड़ी)।

काम करने के लिए स्पष्टीकरण। एक इलेक्ट्रॉन के आवेश को निर्धारित करने के लिए, इलेक्ट्रोलिसिस के फैराडे नियम का उपयोग किया जा सकता है, जहाँ m कैथोड पर छोड़े गए पदार्थ का द्रव्यमान है; एम पदार्थ का दाढ़ द्रव्यमान है; n पदार्थ की संयोजकता है; ई इलेक्ट्रॉन आवेश है; ना अवोगाद्रो की स्थिरांक है; मैं - इलेक्ट्रोलाइट में वर्तमान ताकत; ∆t इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से करंट के गुजरने का समय है।

इस सूत्र से यह देखा जा सकता है कि कार्य के लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए कैथोड पर छोड़े गए पदार्थ के दाढ़ द्रव्यमान, उसकी संयोजकता और अवोगाद्रो स्थिरांक को जानना आवश्यक है। इसके अलावा, प्रयोग के दौरान, वर्तमान ताकत और इसके प्रवाह के समय को मापना आवश्यक है, और इलेक्ट्रोलिसिस के अंत के बाद, कैथोड पर जारी पदार्थ का द्रव्यमान।

प्रयोग के लिए, कॉपर सल्फेट के एक संतृप्त जलीय घोल का उपयोग किया जाता है, जिसे दो कॉपर इलेक्ट्रोड के साथ एक क्युवेट में डाला जाता है। क्युवेट के केंद्र में एक इलेक्ट्रोड सख्ती से तय किया गया है, और दूसरा (हटाने योग्य) - इसकी दीवार पर।

एक जलीय घोल में, न केवल कॉपर सल्फेट के अणु (CuSO4 = Cu2+ +), बल्कि पानी (H20 = H+ + OH-) के अणु भी अलग हो जाते हैं, हालांकि कुछ हद तक। इस प्रकार, CuSO4 के एक जलीय घोल में धनात्मक Cu2+ और H+ आयन और ऋणात्मक SO2- और OH- आयन दोनों होते हैं। यदि इलेक्ट्रोड के बीच एक विद्युत क्षेत्र बनाया जाता है, तो सकारात्मक आयन कैथोड की ओर बढ़ने लगेंगे, और नकारात्मक आयन - एनोड की ओर। Cu2+ और H+ आयन कैथोड तक पहुंचते हैं, लेकिन उनमें से सभी डिस्चार्ज नहीं होते हैं। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि तांबा और हाइड्रोजन परमाणु आसानी से सकारात्मक रूप से आवेशित आयनों में परिवर्तित हो जाते हैं, जिससे उनके बाहरी इलेक्ट्रॉन खो जाते हैं। लेकिन एक कॉपर आयन एक हाइड्रोजन आयन की तुलना में एक इलेक्ट्रॉन को अधिक आसानी से जोड़ सकता है। इसलिए, तांबे के आयनों को कैथोड पर छुट्टी दे दी जाती है।

ऋणात्मक आयन और OH- एनोड की ओर बढ़ेंगे, लेकिन उनमें से कोई भी डिस्चार्ज नहीं होगा। ऐसे में कॉपर घुलना शुरू हो जाएगा। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि तांबे के परमाणु आयनों और ओएच की तुलना में विद्युत परिपथ के बाहरी खंड को अधिक आसानी से इलेक्ट्रॉन देते हैं - और, सकारात्मक आयन बनकर, समाधान में जाएंगे: Cu \u003d Cu2 + + 2e-।

इस प्रकार, जब इलेक्ट्रोड कॉपर सल्फेट के घोल में एक प्रत्यक्ष वर्तमान स्रोत से जुड़े होते हैं, तो आयनों का एक निर्देशित संचलन होगा, जिसके परिणामस्वरूप कैथोड पर शुद्ध तांबे की रिहाई होगी।

जारी तांबे की परत को घने और कैथोड पर अच्छी तरह से बनाए रखने के लिए, समाधान में कम वर्तमान ताकत पर इलेक्ट्रोलिसिस करने की सिफारिश की जाती है। और चूंकि यह एक बड़ी माप त्रुटि को जन्म देगा, प्रयोगशाला एमीटर के बजाय काम में एक रोकनेवाला और एक वाल्टमीटर का उपयोग किया जाता है। वोल्टमीटर यू के पढ़ने और प्रतिरोधी आर के प्रतिरोध (यह इसके मामले पर इंगित किया गया है) के अनुसार, वर्तमान ताकत I निर्धारित की जाती है। प्रयोगात्मक सेटअप का योजनाबद्ध आरेख चित्रा 12 में दिखाया गया है।

प्रयोग के दौरान इलेक्ट्रोलाइट में करंट की ताकत बदल सकती है, इसलिए चार्ज निर्धारित करने के लिए इसका औसत मान 1sr सूत्र में प्रतिस्थापित किया जाता है। वर्तमान ताकत का औसत मूल्य पूरे अवलोकन समय के दौरान वोल्टमीटर की रीडिंग को हर 30 सेकंड में रिकॉर्ड करके निर्धारित किया जाता है, फिर उन्हें जोड़ दिया जाता है और परिणामी मूल्य को माप की संख्या से विभाजित किया जाता है। इस प्रकार यूसीपी पाया जाता है। फिर, ओम के नियम के अनुसार, सर्किट सेक्शन के लिए ICP पाया जाता है। सहायक तालिका में वोल्टेज माप के परिणामों को रिकॉर्ड करना अधिक सुविधाजनक है।

वर्तमान प्रवाह समय को स्टॉपवॉच से मापा जाता है।

काम के लिए तैयारी की प्रक्रिया

1. इंगित करें कि इस कार्य में प्रयुक्त विधि द्वारा इलेक्ट्रॉन आवेश को निर्धारित करने के लिए कौन सी भौतिक मात्राएँ प्रत्यक्ष माप के अधीन हैं। मापने के लिए कौन से मापने वाले यंत्र का उपयोग किया जाएगा? इन उपकरणों की पूर्ण त्रुटियों की सीमा निर्धारित करें और लिखें।

2. मैकेनिकल स्टॉपवॉच, वोल्टमीटर और स्केल का उपयोग करते समय पूर्ण पढ़ने की त्रुटियों की सीमा निर्धारित करें और लिखें।

3. पूर्ण त्रुटि सीमा ∆е निर्धारित करने के लिए सूत्र लिखिए।

4. माप परिणामों, त्रुटियों और गणनाओं को रिकॉर्ड करने के लिए एक स्प्रेडशीट तैयार करें।

वोल्टमीटर रीडिंग रिकॉर्ड करने के लिए एक सहायक तालिका तैयार करें।

सवालों का जवाब दो

विद्युत्-अपघट्य में धारा प्रवाह का समय इलेक्ट्रॉन आवेश को मापने के परिणाम में त्रुटि को क्यों प्रभावित करता है?

समाधान की एकाग्रता इलेक्ट्रॉन आवेश को मापने के परिणाम को कैसे प्रभावित करती है?

तांबे की संयोजकता क्या है?

तांबे का दाढ़ द्रव्यमान क्या है?

अवोगाद्रो स्थिरांक क्या है?

कार्य प्रक्रियाएं

1. तुला पर निकाले जाने योग्य इलेक्ट्रोड m1 का द्रव्यमान निर्धारित करें।

2. क्युवेट में इलेक्ट्रोड संलग्न करें और चित्र 12 में दिखाए गए विद्युत सर्किट को इकट्ठा करें। सुनिश्चित करें कि हटाने योग्य इलेक्ट्रोड वोल्टेज स्रोत के नकारात्मक ध्रुव से जुड़ा है।

3. क्युवेट को कॉपर सल्फेट के विलयन से भरें, कुंजी को बंद करें और प्रत्येक 30 s में 15 मिनट के लिए वोल्टमीटर की रीडिंग रिकॉर्ड करें।

4. 15 मिनट के बाद, कुंजी खोलें, सर्किट को अलग करें, इलेक्ट्रोड को हटा दें, इसे सुखाएं और इसके द्रव्यमान एम 2 को उस पर जमा तांबे के साथ निर्धारित करें।

5. जारी किए गए तांबे के द्रव्यमान की गणना करें: एम- और इसके माप की पूर्ण त्रुटि की सीमा ∆m।

6. प्रतिरोधक यूएवी पर वोल्टेज के औसत मूल्य और इलेक्ट्रोलाइट में वर्तमान के औसत मूल्य की गणना करें मैंसीएफ

7. इलेक्ट्रॉन चार्ज ई की गणना करें।

8. इलेक्ट्रॉन आवेश ∆е निर्धारित करने में पूर्ण त्रुटि की सीमा की गणना करें।

9. पूर्ण त्रुटि की सीमा को ध्यान में रखते हुए, आवेश के निर्धारण के परिणाम को लिखिए।

10. तालिका मान के साथ प्रयोग के परिणामों से निर्धारित इलेक्ट्रॉन चार्ज की तुलना करें।

विधिवत नोट. इलेक्ट्रॉन पहले से ही रसायन विज्ञान के पाठ्यक्रम और कक्षा VII के कार्यक्रम के संबंधित खंड के छात्रों के लिए जाना जाता है। अब आपको पदार्थ के पहले प्राथमिक कण के बारे में अपनी समझ को गहरा करने की आवश्यकता है, जो अध्ययन किया गया है उसे याद करें, इसे "इलेक्ट्रोस्टैटिक्स" खंड के पहले विषय से जोड़ें और प्राथमिक आवेश की व्याख्या के उच्च स्तर पर आगे बढ़ें। इसे विद्युत आवेश की अवधारणा की जटिलता को ध्यान में रखना चाहिए। प्रस्तावित विषयांतर इस अवधारणा को प्रकट करने और मामले की तह तक जाने में मदद कर सकता है।

इलेक्ट्रॉन का एक जटिल इतिहास है। लक्ष्य को कम से कम तरीके से प्राप्त करने के लिए, कहानी को निम्नानुसार निर्देशित करने की सलाह दी जाती है।

ऐसे संशयवादी थे जिन्होंने आम तौर पर इलेक्ट्रॉन की खोज को नज़रअंदाज़ कर दिया था। शिक्षाविद् ए.एफ. इओफे ने अपने संस्मरण में अपने शिक्षक वी.के. की जरूरतों के बारे में लिखा है।

इलेक्ट्रॉन ने अभी तक "शुद्ध" विज्ञान के ढांचे को नहीं छोड़ा है। याद करें कि पहला इलेक्ट्रॉनिक लैंप केवल 1907 में दिखाई दिया था।

विश्वास से विश्वास की ओर बढ़ने के लिए, सबसे पहले इलेक्ट्रॉन को अलग करना आवश्यक था, प्राथमिक आवेश को सीधे और सटीक रूप से मापने के लिए एक विधि का आविष्कार करना।

इस तरह की समस्या को अमेरिकी भौतिक विज्ञानी रॉबर्ट मिलिकन (1868-1953) ने 1906 में शुरू हुए सूक्ष्म प्रयोगों की एक श्रृंखला में हल किया था।

रॉबर्ट मिलिकेन का जन्म 1868 में इलिनोइस में एक पुजारी के गरीब परिवार में हुआ था। उन्होंने अपना बचपन मकोवकेट के प्रांतीय शहर में बिताया, जहाँ खेल पर बहुत ध्यान दिया जाता था और बुरी तरह पढ़ाया जाता था। उदाहरण के लिए, भौतिकी पढ़ाने वाले एक हाई स्कूल के प्रिंसिपल ने अपने युवा छात्रों से कहा: "आप तरंगों से ध्वनि कैसे बना सकते हैं? बकवास, लड़कों, यह सब बकवास है!"

एक बादल में एक बूंद पर कार्य करने वाले बल का अनुपात इसे प्राप्त गति से पहले और दूसरे मामलों में समान होता है। पहले मामले में, बल mg के बराबर है, दूसरे में mg + qE, जहाँ q ड्रॉप चार्ज है, E विद्युत क्षेत्र की ताकत है। यदि पहले मामले में गति दूसरे वी 2 में v 1 के बराबर है, तो

हवा की चिपचिपाहट पर बादल के गिरने के वेग v की निर्भरता को जानने के बाद, हम आवश्यक आवेश q की गणना कर सकते हैं। हालाँकि, इस विधि ने वांछित सटीकता नहीं दी क्योंकि इसमें काल्पनिक धारणाएँ थीं जो प्रयोगकर्ता के नियंत्रण से परे थीं।

इस समस्या पर चिंतन करते हुए, मिलिकन शास्त्रीय ड्रॉप पद्धति के साथ आए, जिसने कई अप्रत्याशित संभावनाएं खोलीं। आविष्कार की कहानी बताने के लिए लेखक को छोड़ दें:

"यह महसूस करते हुए कि बूंदों के वाष्पीकरण की दर अज्ञात बनी हुई है, मैंने एक ऐसी विधि के बारे में सोचने की कोशिश की जो इस अनिश्चित मान को पूरी तरह से समाप्त कर दे। मेरी योजना इस प्रकार थी। पिछले प्रयोगों में, विद्युत क्षेत्र केवल गति को थोड़ा बढ़ा या घटा सकता था गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव में बादल के शीर्ष का गिरना। अब लेकिन मैं उस क्षेत्र को मजबूत करना चाहता था ताकि बादल की ऊपरी सतह एक स्थिर ऊंचाई पर रहे। इस मामले में, वाष्पीकरण की दर को सटीक रूप से निर्धारित करना संभव था बादल और गणना में इसे ध्यान में रखें।" इस विचार को लागू करने के लिए, मिलिकेन ने एक छोटी बैटरी तैयार की, जिसने 104 V तक का वोल्टेज दिया (उस समय के लिए यह प्रयोगकर्ता की एक उत्कृष्ट उपलब्धि थी)। निलंबित अवस्था में "मोहम्मद के ताबूत" जैसे बादल को रखने के लिए उसे एक मजबूत क्षेत्र बनाना था।

"जब सब कुछ मेरे लिए तैयार था," मिलिकेन कहते हैं, "और जब बादल बना, मैंने स्विच चालू किया, और बादल एक विद्युत क्षेत्र में था। और उसी क्षण यह मेरी आँखों के सामने पिघल गया, दूसरे शब्दों में, एक भी नहीं पूरे बादल का छोटा सा टुकड़ा बचा था, जिसे एक नियंत्रण ऑप्टिकल डिवाइस की मदद से देखा जा सकता था, जैसा कि विल्सन ने किया था और मैं करने जा रहा था। जैसा कि मुझे पहली बार में लगा, बादल का बिना किसी निशान के गायब हो जाना ऊपरी और निचली प्लेटों के बीच विद्युत क्षेत्र का मतलब था कि प्रयोग बिना परिणाम के समाप्त हो गया ... "

हालाँकि, जैसा कि विज्ञान के इतिहास में अक्सर होता है, असफलता ने एक नए विचार को जन्म दिया। उसने बूंदों की प्रसिद्ध विधि का नेतृत्व किया। "दोहराए गए प्रयोग," मिलिकन लिखते हैं, "दिखाया कि एक शक्तिशाली विद्युत क्षेत्र में बादल के छंटने के बाद, इसके स्थान पर कई अलग-अलग पानी की बूंदों को प्रतिष्ठित किया जा सकता है" (मेरे द्वारा जोर दिया गया। - वी.डी.)।

"दुर्भाग्यपूर्ण" अनुभव ने संतुलन में रखने और व्यक्तिगत बूंदों को पर्याप्त रूप से लंबे समय तक देखने की संभावना की खोज की।

7 या 8 मिनट के बाद, बादल छंट जाता है, और देखने के क्षेत्र में बूंदों की एक छोटी संख्या रह जाती है, जिसका आवेश बलों के उक्त संतुलन से मेल खाता है।

मिलिकन ने इन बूंदों को अलग चमकीले बिंदुओं के रूप में देखा। "इन बूंदों का इतिहास आमतौर पर निम्नानुसार आगे बढ़ता है," वे लिखते हैं। "क्षेत्र के बल पर गुरुत्वाकर्षण की थोड़ी सी भी प्रबलता के मामले में, वे धीरे-धीरे गिरने लगते हैं, लेकिन जैसे-जैसे वे धीरे-धीरे वाष्पित होते हैं, उनका नीचे की ओर बढ़ना जल्द ही बंद हो जाता है, और वे काफी लंबे समय के लिए गतिहीन हो जाते हैं। फिर क्षेत्र प्रबल होने लगता है, और बूँदें धीरे-धीरे ऊपर उठने लगती हैं। प्लेटों के बीच की जगह में उनके जीवन के अंत की ओर, यह ऊपर की ओर गति बहुत तेज हो जाती है, और वे आकर्षित होती हैं ऊपरी प्लेट के लिए बड़ी तेजी के साथ।"

बैटरी B से कैपेसिटर प्लेट्स पर 104 V का वोल्टेज लगाया गया था। एक स्विच का उपयोग करके, प्लेटों को शॉर्ट-सर्किट करना और इस तरह विद्युत क्षेत्र को नष्ट करना संभव था।

एक विशेष उपकरण की मदद से पिस्टन को नीचे करके गैस का विस्तार किया गया। विस्तार के बाद 1-2 एस में, रेडियम को हटा दिया गया था या लीड स्क्रीन के साथ कवर किया गया था। फिर विद्युत क्षेत्र चालू किया गया और दूरबीन में बूंदों का अवलोकन शुरू हुआ।

पाइप में एक पैमाना था जिसके द्वारा एक निश्चित अवधि में एक बूंद द्वारा तय किए गए पथ की गणना करना संभव था। समय एक पिंजरे के साथ एक सटीक घड़ी द्वारा निर्धारित किया गया था।

"निलंबित बूंदों पर काम करते हुए," मिलिकेन लिखते हैं, "मैं रेडियम किरणों से उन्हें बंद करने के लिए कई बार भूल गया। तब मैंने देखा कि समय-समय पर बूंदों में से एक ने अचानक अपना चार्ज बदल दिया और मैदान के साथ या खिलाफ चलना शुरू कर दिया यह, स्पष्ट रूप से, पहले मामले में एक सकारात्मक, और दूसरे मामले में एक नकारात्मक आयन पर कब्जा कर रहा है। इसने न केवल व्यक्तिगत बूंदों के आरोपों को निश्चित रूप से मापने की संभावना को खोल दिया, जैसा कि मैंने उस समय तक किया था, लेकिन यह भी एक व्यक्तिगत वायुमंडलीय आयन का प्रभार।

दरअसल, एक ही बूंद के वेग को दो बार मापने से, एक बार पहले और दूसरी बार आयन पर कब्जा करने के बाद, मैं स्पष्ट रूप से ड्रॉप के गुणों और माध्यम के गुणों को पूरी तरह से बाहर कर सकता हूं और केवल आनुपातिक मात्रा के साथ काम कर सकता हूं। पकड़े गए आयन का प्रभार।

प्रारंभिक शुल्क की गणना मिलिकन द्वारा निम्नलिखित विचारों के आधार पर की गई थी। बूँद की गति उस पर कार्य करने वाले बल के समानुपाती होती है और बूँद के आवेश पर निर्भर नहीं करती है।

यदि केवल गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के तहत कैपेसिटर की प्लेटों के बीच एक गति v 1 के साथ गिरती है, तो

जब गुरुत्वाकर्षण के खिलाफ निर्देशित क्षेत्र को चालू किया जाता है, तो अभिनय बल qE = mg का अंतर होगा, जहाँ q ड्रॉप का आवेश है, E क्षेत्र की ताकत का मापांक है।

ड्रॉप गति होगी:

v 2 \u003d k (qE - mg) (2)

यदि हम समानता (1) को (2) से विभाजित करते हैं, तो हमें मिलता है

बता दें कि ड्रॉप ने आयन पर कब्जा कर लिया और इसका चार्ज q' और गति की गति v 2 'के बराबर हो गया। आइए हम इस फंसे हुए आयन के आवेश को e से निरूपित करें। फिर e = q' - q।

(3) का प्रयोग करके, हम प्राप्त करते हैं

दी गई बूंद के लिए मान स्थिर रहता है।

इसलिए, ड्रॉप द्वारा कैप्चर किया गया कोई भी चार्ज वेग में अंतर (v' 2 -v 2) के समानुपाती होगा, दूसरे शब्दों में, आयन कैप्चर के कारण ड्रॉप की गति में परिवर्तन के समानुपाती!

इसलिए, प्रारंभिक आवेश की माप को ड्रॉप द्वारा तय किए गए पथ के माप और उस समय के दौरान इस पथ की यात्रा के माप तक कम कर दिया गया था।

अनेक प्रेक्षणों ने सूत्र (4) की वैधता दर्शाई है। यह पता चला कि ई का मूल्य केवल छलांग में बदल सकता है! शुल्क e, 2e, 3e, 4e, आदि हमेशा देखे जाते हैं।

"कई मामलों में," मिलिकन लिखते हैं, "पांच या छह घंटे के लिए एक बूंद देखी गई थी, और इस दौरान इसने आठ या दस आयन नहीं, बल्कि उनमें से सैकड़ों पर कब्जा कर लिया। कुल मिलाकर, मैंने कई हजारों आयनों पर कब्जा देखा इस तरह, और सभी मामलों में, कब्जा कर लिया चार्ज ... या तो सभी फंसे हुए आरोपों में से सबसे छोटे के बराबर था, या यह इस मान के एक छोटे से पूर्णांक गुणक के बराबर था। यह एक प्रत्यक्ष और अकाट्य प्रमाण है कि इलेक्ट्रॉन "सांख्यिकीय औसत" नहीं है, लेकिन आयनों पर सभी विद्युत आवेश या तो इलेक्ट्रॉन के आवेश के बराबर होते हैं, या इस आवेश के छोटे पूर्णांक गुणक होते हैं।

मिलिकन की विधि ने स्पष्ट रूप से इस प्रश्न का उत्तर देना संभव बना दिया।

पहले प्रयोगों में, रेडियोधर्मी विकिरण की एक धारा द्वारा तटस्थ गैस अणुओं के आयनीकरण द्वारा आवेशों का निर्माण किया गया था। बूंदों द्वारा पकड़े गए आयनों का आवेश मापा गया।

मिलिकन छिड़काव के बाद बूंदों का "वजन" करता है और ऊपर वर्णित तरीके से चार्ज माप करता है। अनुभव विद्युत आवेश की समान असततता को प्रकट करता है।

1913 में, मिलिकेन ने कई प्रयोगों के परिणामों को अभिव्यक्त किया और प्राथमिक आवेश के लिए निम्नलिखित मान दिया: e=4.774·10 -10 इकाइयाँ। एसजीएसई चार्ज करें।

इस प्रकार, आधुनिक भौतिकी के सबसे महत्वपूर्ण स्थिरांकों में से एक स्थापित किया गया था। विद्युत आवेश का निर्धारण एक साधारण अंकगणितीय समस्या बन गई है।

इलेक्ट्रॉन विज़ुअलाइज़ेशन. इलेक्ट्रॉन की वास्तविकता के विचार को मजबूत करने में एक बड़ी भूमिका जीए विल्सन द्वारा आयनों पर जल वाष्प के संघनन के प्रभाव की खोज द्वारा निभाई गई थी, जिसके कारण कण पटरियों की तस्वीर लेने की संभावना थी।

फिर कॉम्पटन ने एक α-कण ट्रैक के साथ एक तस्वीर दिखाई, जिसके बगल में एक फिंगरप्रिंट था। "तुम्हें पता है कि यह क्या है?" कॉम्पटन से पूछा। "उंगली," श्रोता ने उत्तर दिया। "उस मामले में," कॉम्पटन ने गंभीरता से घोषित किया, "यह चमकदार बैंड कण है।"

इलेक्ट्रॉन पटरियों की तस्वीरें न केवल इलेक्ट्रॉनों की वास्तविकता की गवाही देती हैं। उन्होंने इलेक्ट्रॉनों के छोटे आकार के बारे में धारणा की पुष्टि की और प्रयोग के साथ सैद्धांतिक गणना के परिणामों की तुलना करना संभव बना दिया, जिसमें इलेक्ट्रॉन त्रिज्या दिखाई दिया। कैथोड किरणों की भेदन शक्ति के अध्ययन में लेनार्ड द्वारा शुरू किए गए प्रयोगों से पता चला कि रेडियोधर्मी पदार्थों द्वारा उत्सर्जित बहुत तेज इलेक्ट्रॉन सीधी रेखाओं के रूप में गैस में ट्रैक देते हैं। ट्रैक की लंबाई इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा के समानुपाती होती है। हाई-एनर्जी α-पार्टिकल ट्रैक्स की तस्वीरें दिखाती हैं कि ट्रैक्स में बड़ी संख्या में डॉट्स होते हैं। प्रत्येक बिंदु एक पानी की बूंद है जो एक आयन पर दिखाई देता है, जो एक परमाणु के साथ एक इलेक्ट्रॉन की टक्कर के परिणामस्वरूप बनता है। एक परमाणु के आकार और उनकी सघनता को जानने के बाद, हम उन परमाणुओं की संख्या की गणना कर सकते हैं जिनके माध्यम से एक अल्फा कण को एक निश्चित दूरी पर गुजरना होगा। एक साधारण गणना से पता चलता है कि एक α-कण को लगभग 300 परमाणुओं को पारित करना चाहिए, इससे पहले कि यह उन इलेक्ट्रॉनों में से एक से मिलता है जो रास्ते में परमाणु के खोल को बनाते हैं और आयनीकरण पैदा करते हैं।

बिखरने के सिद्धांत से, इलेक्ट्रॉन ऊर्जा के एक समारोह के रूप में विक्षेपण कोणों का आकलन करने के लिए डेटा प्राप्त किया जा सकता है। वास्तविक पटरियों के विश्लेषण से इन आंकड़ों की अच्छी तरह से पुष्टि होती है। प्रयोग के साथ सिद्धांत के संयोग ने पदार्थ के सबसे छोटे कण के रूप में इलेक्ट्रॉन के विचार को मजबूत किया।

प्राथमिक विद्युत आवेश के मापन ने कई महत्वपूर्ण भौतिक स्थिरांकों को सटीक रूप से निर्धारित करने की संभावना को खोल दिया।

ई के मान को स्वचालित रूप से जानने से मौलिक स्थिरांक - अवोगाद्रो स्थिरांक का मान निर्धारित करना संभव हो जाता है। मिलिकन के प्रयोगों से पहले, अवोगाद्रो स्थिरांक के केवल मोटे अनुमान थे, जो गैसों के गतिज सिद्धांत द्वारा दिए गए थे। ये अनुमान एक वायु अणु की औसत त्रिज्या की गणना पर आधारित थे और 2·10 23 से 20·10 23 1/mol की काफी विस्तृत श्रृंखला के भीतर भिन्न थे।

यदि जमा किए गए पदार्थ का द्रव्यमान एक मोल के बराबर है, तो क्यू = एफ फैराडे की स्थिरांक है, और एफ = एन 0 ई, जहां से एन 0 = एफ / ई। जाहिर है, अवोगाद्रो स्थिरांक के निर्धारण की सटीकता उस सटीकता द्वारा दी जाती है जिसके साथ इलेक्ट्रॉन आवेश को मापा जाता है।

मौलिक स्थिरांकों को निर्धारित करने की सटीकता में अभ्यास की आवश्यकता थी, और यह इलेक्ट्रिक चार्ज क्वांटम को मापने के लिए तकनीक में सुधार जारी रखने के लिए प्रोत्साहनों में से एक था। यह कार्य, जो पहले से ही विशुद्ध रूप से मेट्रोलॉजिकल प्रकृति का है, आज भी जारी है।

वर्तमान में सबसे सटीक मान हैं:

ई \u003d (4.8029 ± 0.0005) 10 -10 इकाइयां। चार्ज एसजीएसई;

एन 0 \u003d (6.0230 ± 0.0005) 10 23 1 / मोल।

N 0 को जानने के बाद, 1 सेमी 3 में गैस के अणुओं की संख्या निर्धारित करना संभव है, क्योंकि गैस के 1 मोल पर कब्जा कर लिया गया आयतन एक ज्ञात स्थिरांक है।

1 सेमी 3 में गैस के अणुओं की संख्या के ज्ञान ने बदले में अणु की तापीय गति की औसत गतिज ऊर्जा निर्धारित करना संभव बना दिया।

अंत में, थर्मल विकिरण के नियम में प्लैंक स्थिरांक और स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक को निर्धारित करने के लिए इलेक्ट्रॉन के आवेश का उपयोग किया जा सकता है।

परशिना अन्ना, सेवलनिकोव एलेक्सी, लुज़यानिन रोमन।

उद्देश्य: विद्युत अपघटन द्वारा प्राथमिक आवेश का मान ज्ञात करना सीख सकेंगे;खोजना चार्ज निर्धारण के तरीकेइलेक्ट्रॉन।

उपकरण: कॉपर सल्फेट, एक दीपक, इलेक्ट्रोड, तराजू, एक एमीटर, एक स्थिर वोल्टेज स्रोत, एक रिओस्टेट, एक घड़ी, एक कुंजी, कनेक्टिंग तारों के समाधान के साथ एक बेलनाकार बर्तन।

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प्रयोगशाला कार्य 10 वीं कक्षा के चुचकोवस्काया माध्यमिक विद्यालय के छात्रों द्वारा किए गए इलेक्ट्रोलिसिस की विधि द्वारा प्राथमिक शुल्क का निर्धारण: अन्ना परशिना, एलेक्सी सेवलनिकोव, रोमन लुज़्यानिन। पर्यवेक्षक: भौतिकी की शिक्षिका चेकालिना ओ.यू.यू.

कार्य का उद्देश्य: इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राथमिक आवेश के मूल्य का निर्धारण करना सीखना; इलेक्ट्रॉन के आवेश को निर्धारित करने के लिए अध्ययन विधियाँ। उपकरण: कॉपर सल्फेट, एक दीपक, इलेक्ट्रोड, तराजू, एक एमीटर, एक निरंतर वोल्टेज स्रोत, एक रिओस्टेट, एक घड़ी, एक कुंजी, कनेक्टिंग तारों के समाधान के साथ एक बेलनाकार बर्तन।

हमने श्रृंखला को इकट्ठा किया है: कार्य प्रगति:

हमारे काम का नतीजा

हमने सीखा कि इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा प्राथमिक आवेश का मान कैसे निर्धारित किया जाता है, इलेक्ट्रॉन के आवेश को निर्धारित करने के तरीकों का अध्ययन किया। निष्कर्ष:

V. Ya. ब्रायसोव "इलेक्ट्रॉन की दुनिया" शायद ये इलेक्ट्रॉन दुनिया हैं जहां पांच महाद्वीप हैं, कला, ज्ञान, युद्ध, सिंहासन और चालीस शताब्दियों की स्मृति! साथ ही, शायद, प्रत्येक परमाणु ब्रह्मांड है, जहां सौ ग्रह हैं; यहां वह सब कुछ है जो यहां है, संकुचित मात्रा में है, लेकिन वह भी जो यहां नहीं है। उनके उपाय छोटे हैं, पर उनकी अनंतता यहां जैसी ही है; दुःख और वासना है, जैसा यहाँ है, और वहाँ भी वही विश्व अहंकार है। उनके बुद्धिमान पुरुष, अपने असीम संसार को होने के केंद्र में रखते हुए, रहस्य की चिंगारी में घुसने के लिए जल्दबाजी करते हैं और सोचते हैं, जैसा कि मैं अभी करता हूं; और जिस क्षण विनाश से नई शक्तियों की धाराएं पैदा होती हैं, वे चिल्लाते हैं, आत्म-सम्मोहन के स्वप्नों में, कि ईश्वर ने अपनी मशाल बुझा दी है!