ელემენტარული ელექტრული მუხტის განსაზღვრის მეთოდები - აბსტრაქტული. ელემენტარული მუხტის განსაზღვრა ელექტროლიზით ლაბორატორიული სამუშაო ფიზიკაში, ელემენტარული მუხტის გაზომვა

რუსეთის ფედერაციის განათლების სამინისტრო

ამურის სახელმწიფო პედაგოგიური უნივერსიტეტი

ელემენტარული ელექტრული მუხტის განსაზღვრის მეთოდები

დაასრულა სტუდენტმა 151გ.

ვენზელევი ა.ა.

შეამოწმა: ჩერანევა ტ.გ.

შესავალი.

1. ელექტრონის აღმოჩენის ფონი

2. ელექტრონის აღმოჩენის ისტორია

3. ელექტრონის აღმოჩენის ექსპერიმენტები და მეთოდები

3.1.ტომსონის ექსპერიმენტი

3.2.რაზერფორდის გამოცდილება

3.3. მილიკანის მეთოდი

3.3.1. მოკლე ბიოგრაფია

3.3.2. ინსტალაციის აღწერა

3.3.3. ელემენტარული გადასახადის გაანგარიშება

3.3.4. დასკვნები მეთოდიდან

3.4. კომპტონის გამოსახულების მეთოდი

დასკვნა.

შესავალი:

ელექტრონი - აღმოჩენილი პირველი ელემენტარული ნაწილაკი; ბუნებაში ყველაზე მცირე მასისა და უმცირესი ელექტრული მუხტის მატერიალური მატარებელი; ატომის კომპონენტი.

ელექტრონის მუხტი არის 1,6021892. 10 -19 კლ

4.803242. 10-10 ერთეული SSSE

ელექტრონის მასა არის 9,109534. 10-31 კგ

სპეციფიკური მუხტი e/m e 1.7588047. 10 11 კლ. კგ -1

ელექტრონის სპინი უდრის 1/2-ს (სთ ერთეულებში) და აქვს ორი პროექცია ±1/2; ელექტრონები ემორჩილებიან ფერმი-დირაკის სტატისტიკას, ფერმიონებს. ისინი ექვემდებარებიან პაულის გამორიცხვის პრინციპს.

ელექტრონის მაგნიტური მომენტი უდრის - 1,00116 m b, სადაც m b არის ბორის მაგნეტონი.

ელექტრონი არის სტაბილური ნაწილაკი. ექსპერიმენტული მონაცემების მიხედვით, სიცოცხლის ხანგრძლივობა t e > 2. 10 22 წლის.

არ მონაწილეობს ძლიერ ურთიერთქმედებაში, ლეპტონი. თანამედროვე ფიზიკა ელექტრონს განიხილავს, როგორც ჭეშმარიტად ელემენტარულ ნაწილაკს, რომელსაც არ აქვს სტრუქტურა და ზომა. თუ ეს უკანასკნელი არ არის ნულოვანი, მაშინ ელექტრონის რადიუსი r e< 10 -18 м

1.გახსნის ფონი

ელექტრონის აღმოჩენა მრავალი ექსპერიმენტის შედეგი იყო. მე-20 საუკუნის დასაწყისისთვის. ელექტრონის არსებობა დადგინდა არაერთი დამოუკიდებელი ექსპერიმენტის შედეგად. მაგრამ, მიუხედავად მთელი ეროვნული სკოლების მიერ დაგროვილი კოლოსალური ექსპერიმენტული მასალისა, ელექტრონი რჩებოდა ჰიპოთეტურ ნაწილაკად, რადგან გამოცდილებას ჯერ არ უპასუხა უამრავ ფუნდამენტურ კითხვაზე. სინამდვილეში, ელექტრონის "აღმოჩენას" ნახევარ საუკუნეზე მეტი დასჭირდა და არ დასრულებულა 1897 წელს; მასში მრავალი მეცნიერი და გამომგონებელი მონაწილეობდა.

ჯერ ერთი, არ ყოფილა არც ერთი ექსპერიმენტი ცალკეულ ელექტრონებთან ერთად. ელემენტარული მუხტი გამოითვალა მიკროსკოპული მუხტის გაზომვების საფუძველზე, რამდენიმე ჰიპოთეზის მართებულობის გათვალისწინებით.

ფუნდამენტურად მნიშვნელოვან მომენტში გაურკვევლობა იყო. ელექტრონი პირველად გამოჩნდა ელექტროლიზის კანონების ატომური ინტერპრეტაციის შედეგად, შემდეგ იგი აღმოაჩინეს გაზის გამონადენში. გაურკვეველი იყო, რეალურად ჰქონდა თუ არა საქმე ფიზიკას იმავე ობიექტთან. სკეპტიკურად განწყობილი ბუნებისმეტყველების დიდი ჯგუფი თვლიდა, რომ ელემენტარული მუხტი არის ყველაზე მრავალფეროვანი ზომის მუხტების სტატისტიკური საშუალო. უფრო მეტიც, ელექტრონის მუხტის გაზომვის არცერთი ექსპერიმენტი არ აძლევდა მკაცრად განმეორებად მნიშვნელობებს.
იყვნენ სკეპტიკოსები, რომლებიც საერთოდ უგულებელყოფდნენ ელექტრონის აღმოჩენას. აკადემიკოსმა ა.ფ. იოფე თავის მოგონებებში მასწავლებლის ვ.კ. რენტგენი წერდა: ”1906 - 1907 წლამდე. სიტყვა ელექტრონი არ უნდა ყოფილიყო წარმოთქმული მიუნხენის უნივერსიტეტის ფიზიკის ინსტიტუტში. რენტგენმა მიიჩნია ეს დაუმტკიცებელი ჰიპოთეზა, რომელიც ხშირად გამოიყენება საკმარისი საფუძვლების გარეშე და უაზროდ.

ელექტრონის მასის საკითხი არ არის გადაწყვეტილი და არ არის დადასტურებული, რომ როგორც გამტარებზე, ასევე დიელექტრიკებზე მუხტები ელექტრონებისაგან შედგება. "ელექტრონის" კონცეფციას არ ჰქონდა ცალსახა ინტერპრეტაცია, რადგან ექსპერიმენტმა ჯერ არ გამოავლინა ატომის სტრუქტურა (რაზერფორდის პლანეტარული მოდელი გამოჩნდა 1911 წელს, ხოლო ბორის თეორია 1913 წელს).

ელექტრონი ჯერ არ შესულა თეორიულ კონსტრუქციებში. ლორენცის ელექტრონულ თეორიაში წარმოდგენილი იყო მუდმივად განაწილებული მუხტის სიმკვრივე. დრუდის მიერ შემუშავებული ლითონის გამტარობის თეორია ეხებოდა დისკრეტულ მუხტებს, მაგრამ ეს იყო თვითნებური მუხტები, რომელთა ღირებულებაზე არანაირი შეზღუდვა არ იყო დაწესებული.

ელექტრონს ჯერ კიდევ არ დაუტოვებია „სუფთა“ მეცნიერების ჩარჩო. შეგახსენებთ, რომ პირველი ელექტრონული მილი გამოჩნდა მხოლოდ 1907 წელს. რწმენიდან რწმენაზე გადასასვლელად, პირველ რიგში, საჭირო იყო ელექტრონის იზოლირება და ელემენტარული მუხტის პირდაპირი და ზუსტი გაზომვის მეთოდის გამოგონება.

ამ პრობლემის გადაწყვეტა არ დააყოვნა. 1752 წელს ელექტრული მუხტის დისკრეტულობის იდეა პირველად გამოთქვა ბ. ფრანკლინმა. ექსპერიმენტულად, მუხტების დისკრეტულობა გამართლდა ელექტროლიზის კანონებით, რომელიც აღმოაჩინა მ. ფარადეიმ 1834 წელს. ელემენტარული მუხტის რიცხვითი მნიშვნელობა (ბუნებაში ნაპოვნი უმცირესი ელექტრული მუხტი) თეორიულად გამოითვალა ელექტროლიზის კანონების საფუძველზე ავოგადროს რიცხვის გამოყენებით. . ელემენტარული მუხტის პირდაპირი ექსპერიმენტული გაზომვა განხორციელდა რ.მილიკანის მიერ 1908 - 1916 წლებში ჩატარებულ კლასიკურ ექსპერიმენტებში. ამ ექსპერიმენტებმა ასევე წარმოადგინა ელექტროენერგიის ატომიზმის უტყუარი მტკიცებულება. ელექტრონული თეორიის ძირითადი ცნებების მიხედვით, სხეულის მუხტი წარმოიქმნება მასში შემავალი ელექტრონების რაოდენობის ცვლილების შედეგად (ან დადებითი იონები, რომელთა მუხტის ღირებულება ელექტრონის მუხტის ჯერადია). მაშასადამე, ნებისმიერი სხეულის მუხტი უნდა შეიცვალოს მკვეთრად და ისეთ ნაწილებში, რომლებიც შეიცავენ ელექტრონების მუხტების მთელ რიცხვს. ექსპერიმენტულად დაადგინა ელექტრული მუხტის ცვლილების დისკრეტული ბუნება, რ. მილიკანმა შეძლო მიეღო ელექტრონების არსებობის დადასტურება და ერთი ელექტრონის მუხტის (ელემენტარული მუხტის) მნიშვნელობის დადგენა ზეთის წვეთოვანი მეთოდით. მეთოდი დაფუძნებულია დამუხტული ზეთის წვეთების მოძრაობის შესწავლაზე ცნობილი სიძლიერის E, ერთგვაროვან ელექტრულ ველში.

2. ელექტრონის აღმოჩენა:

თუ უგულებელვყოფთ იმას, რაც წინ უძღოდა პირველი ელემენტარული ნაწილაკის - ელექტრონის აღმოჩენას და რასაც თან ახლდა ეს გამორჩეული მოვლენა, შეიძლება მოკლედ ვთქვათ: 1897 წელს ცნობილმა ინგლისელმა ფიზიკოსმა თომსონ ჯოზეფ ჯონმა (1856-1940) გაზომა კონკრეტული მუხტი q/m. კათოდური სხივების ნაწილაკები - ”სხეულები”, როგორც მან უწოდა მათ, კათოდური სხივების გადახრის საფუძველზე *) ელექტრულ და მაგნიტურ ველებში.

მიღებული რიცხვის შედარებით იმ დროს ცნობილ მონოვალენტური წყალბადის იონის სპეციფიკურ მუხტთან, არაპირდაპირი მსჯელობით, მან მივიდა დასკვნამდე, რომ ამ ნაწილაკების მასა, რომლებმაც მოგვიანებით მიიღეს სახელი "ელექტრონები", მნიშვნელოვნად ნაკლებია (ზე მეტი ათასჯერ) ვიდრე ყველაზე მსუბუქი წყალბადის იონის მასა.

იმავე 1897 წელს მან წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომ ელექტრონები ატომების განუყოფელი ნაწილია, ხოლო კათოდური სხივები არ არის ატომები ან ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, როგორც სხივების თვისებების ზოგიერთი მკვლევარი თვლიდა. ტომსონი წერდა: „ამგვარად, კათოდური სხივები წარმოადგენს მატერიის ახალ მდგომარეობას, რომელიც არსებითად განსხვავდება ჩვეულებრივი აირისებრი მდგომარეობიდან...; ამ ახალ მდგომარეობაში მატერია არის ნივთიერება, საიდანაც აგებულია ყველა ელემენტი“.

1897 წლიდან კათოდური სხივების კორპუსკულურმა მოდელმა დაიწყო საყოველთაო აღიარება, თუმცა იყო მრავალფეროვანი მოსაზრებები ელექტროენერგიის ბუნების შესახებ. ამრიგად, გერმანელი ფიზიკოსი ე. ვიჩერტი თვლიდა, რომ "ელექტროენერგია არის რაღაც წარმოსახვითი, რომელიც რეალურად მხოლოდ ფიქრებში არსებობს" და ცნობილმა ინგლისელმა ფიზიკოსმა ლორდ კელვინმა იმავე 1897 წელს დაწერა ელექტროენერგიის შესახებ, როგორც ერთგვარი "უწყვეტი სითხე".

ტომსონის იდეა კათოდური სხივების კორპუსების, როგორც ატომის ძირითადი კომპონენტების შესახებ, დიდი ენთუზიაზმით არ მოჰყვა. ზოგიერთი მისი კოლეგა ფიქრობდა, რომ მან გააიდუმალა ისინი, როდესაც შესთავაზა კათოდური სხივების ნაწილაკები ატომის შესაძლო კომპონენტებად ჩაითვალოს. ტომსონის კორპუსკულების ნამდვილი როლი ატომის სტრუქტურაში შეიძლება გავიგოთ სხვა კვლევების შედეგებთან ერთად, კერძოდ, სპექტრების ანალიზისა და რადიოაქტიურობის შესწავლის შედეგებთან ერთად.

1897 წლის 29 აპრილს ტომსონმა თავისი ცნობილი მესიჯი ლონდონის სამეფო საზოგადოების შეხვედრაზე გააკეთა. ელექტრონის აღმოჩენის ზუსტი დრო - დღე და საათი - მისი უნიკალურობის გამო ვერ დასახელდება. ეს ღონისძიება ტომსონისა და მისი თანამშრომლების მრავალწლიანი მუშაობის შედეგი იყო. არც ტომსონს და არც სხვას არასოდეს დაუკვირვებია ელექტრონი, არც ვინმეს შეეძლო გამოეყო ერთი ნაწილაკი კათოდური სხივების სხივიდან და გაეზომა მისი სპეციფიკური მუხტი. აღმოჩენის ავტორი ჯ.ჯ.ტომსონია, რადგან მისი იდეები ელექტრონის შესახებ თანამედროვესთან ახლოს იყო. 1903 წელს მან შემოგვთავაზა ატომის ერთ-ერთი პირველი მოდელი - "ქიშმიშის პუდინგი", ხოლო 1904 წელს მან შესთავაზა, რომ ატომში ელექტრონები იყოფა ჯგუფებად, ქმნიან სხვადასხვა კონფიგურაციას, რომლებიც განსაზღვრავენ ქიმიური ელემენტების პერიოდულობას.

აღმოჩენის ადგილი ზუსტად ცნობილია - კავენდიშის ლაბორატორია (კემბრიჯი, დიდი ბრიტანეთი). 1870 წელს შექმნილი ჯ. მისი რეჟისორები იყვნენ: Maxwell J.K. - 1871 წლიდან 1879 წლამდე, ლორდ რეილი - 1879 წლიდან 1884 წლამდე, ტომსონ ჯ. - 1884 წლიდან 1919 წლამდე, Rutherford E. - 1919 წლიდან 1937 წლამდე, Bragg L. - 1938 წლიდან 1953 წლამდე; დირექტორის მოადგილე 1923-1935 წლებში - ჩადვიკ ჯ.

სამეცნიერო ექსპერიმენტული კვლევა ჩატარდა ერთი მეცნიერის ან მცირე ჯგუფის მიერ შემოქმედებითი ძიების ატმოსფეროში. მოგვიანებით ლოურენს ბრაგმა გაიხსენა 1913 წელს მამამისთან, ჰენრი ბრეგთან ერთად შესრულებული ნამუშევარი: „ეს იყო მშვენიერი დრო, როდესაც თითქმის ყოველ კვირას მიიღებდნენ ახალ საინტერესო შედეგებს, როგორიცაა ახალი ოქროს შემცველი ადგილების აღმოჩენა, სადაც ნაგლეჯების აკრეფა შესაძლებელია პირდაპირ მიწიდან. ასე გაგრძელდა ომის დაწყებამდე *), რამაც შეწყვიტა ჩვენი ერთობლივი მუშაობა“.

3. ელექტრონის გახსნის მეთოდები:

3.1.ტომსონის ექსპერიმენტი

ჯოზეფ ჯონ ტომსონი ჯოზეფ ჯონ ტომსონი, 1856–1940 წწ

ინგლისელი ფიზიკოსი, უფრო ცნობილი როგორც J.J. Thomson. დაიბადა ჩიტჰამ ჰილში, მანჩესტერის გარეუბანში, მეორადი ანტიკვარიატი დილერის ოჯახში. 1876 წელს მან მოიპოვა სტიპენდია კემბრიჯში. 1884-1919 წლებში იყო კემბრიჯის უნივერსიტეტის ექსპერიმენტული ფიზიკის დეპარტამენტის პროფესორი და, პარალელურად, კავენდიშის ლაბორატორიის ხელმძღვანელი, რომელიც ტომსონის ძალისხმევით გახდა მსოფლიოში ერთ-ერთი ყველაზე ცნობილი კვლევითი ცენტრი. პარალელურად 1905-1918 წლებში იყო ლონდონის სამეფო ინსტიტუტის პროფესორი. 1906 წელს ნობელის პრემიის ლაურეატი ფიზიკაში ფორმულირებით „აირების მეშვეობით ელექტროენერგიის გავლის შესწავლისთვის“, რომელიც, ბუნებრივია, ელექტრონის აღმოჩენასაც მოიცავს. ტომსონის ვაჟი ჯორჯ პეჯეტ ტომსონი (1892-1975) ასევე საბოლოოდ გახდა ნობელის პრემიის ლაურეატი ფიზიკაში - 1937 წელს კრისტალების მიერ ელექტრონის დიფრაქციის ექსპერიმენტული აღმოჩენისთვის.

1897 წელს ახალგაზრდა ინგლისელი ფიზიკოსი J. J. Thomson ცნობილი გახდა საუკუნეების განმავლობაში, როგორც ელექტრონის აღმომჩენი. თავის ექსპერიმენტში ტომსონმა გამოიყენა გაუმჯობესებული კათოდური სხივის მილი, რომლის დიზაინს დაემატა ელექტრული ხვეულები, რომლებიც ქმნიდნენ (ამპერის კანონის მიხედვით) მაგნიტურ ველს მილის შიგნით და პარალელური ელექტრული კონდენსატორის ფირფიტების კომპლექტით, რომლებიც ქმნიდნენ ელექტრულ ველს შიგნით. მილის. ამის წყალობით შესაძლებელი გახდა კათოდური სხივების ქცევის შესწავლა როგორც მაგნიტური, ისე ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ.

ახალი მილის დიზაინის გამოყენებით, ტომსონმა თანმიმდევრულად აჩვენა, რომ: (1) კათოდური სხივები გადახრილია მაგნიტურ ველში ელექტრული ველის არარსებობის შემთხვევაში; (2) კათოდური სხივები გადახრილია ელექტრულ ველში მაგნიტური ველის არარსებობის შემთხვევაში; და (3) დაბალანსებული ინტენსივობის ელექტრული და მაგნიტური ველების ერთდროული მოქმედებით, ორიენტირებული მიმართულებებზე, რომლებიც ცალკე იწვევს გადახრებს საპირისპირო მიმართულებით, კათოდური სხივები ვრცელდება სწორხაზოვნად, ანუ ორი ველის მოქმედება ურთიერთდაბალანსებულია.

ტომსონმა აღმოაჩინა, რომ კავშირი ელექტრულ და მაგნიტურ ველებს შორის, რომლებზეც მათი ეფექტი დაბალანსებულია, დამოკიდებულია ნაწილაკების მოძრაობის სიჩქარეზე. გაზომვების სერიის ჩატარების შემდეგ ტომსონმა შეძლო კათოდური სხივების მოძრაობის სიჩქარის დადგენა. აღმოჩნდა, რომ ისინი სინათლის სიჩქარეზე ბევრად ნელა მოძრაობენ, რაც იმას ნიშნავს, რომ კათოდური სხივები შეიძლება იყოს მხოლოდ ნაწილაკები, რადგან ნებისმიერი ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, მათ შორის თავად შუქი, მოძრაობს სინათლის სიჩქარით (იხ. ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სპექტრი). ეს უცნობი ნაწილაკები. ტომსონმა მათ "კორპუსკულები" უწოდა, მაგრამ ისინი მალევე გახდნენ ცნობილი როგორც "ელექტრონები".

მაშინვე გაირკვა, რომ ელექტრონები უნდა არსებობდნენ როგორც ატომების ნაწილი - წინააღმდეგ შემთხვევაში, საიდან მოვიდოდნენ ისინი? 1897 წლის 30 აპრილი - თომსონის მიერ ლონდონის სამეფო საზოგადოების შეხვედრაზე მისი შედეგების მოხსენების თარიღი - ითვლება ელექტრონის დაბადების დღედ. და ამ დღეს ატომების "განუყოფლობის" იდეა წარსულს ჩაბარდა (იხ. მატერიის სტრუქტურის ატომური თეორია). ატომის ბირთვის აღმოჩენასთან ერთად, რომელიც მოჰყვა ათ წელზე მეტი ხნის შემდეგ (იხ. რეზერფორდის ექსპერიმენტი), ელექტრონის აღმოჩენამ საფუძველი ჩაუყარა ატომის თანამედროვე მოდელს.

ზემოთ აღწერილი „კათოდური“ მილები, უფრო ზუსტად, კათოდური მილები, გახდა თანამედროვე სატელევიზიო სურათის მილებისა და კომპიუტერის მონიტორების უმარტივესი წინამორბედები, რომლებშიც მკაცრად კონტროლირებადი რაოდენობით ელექტრონები იშლება ცხელი კათოდის ზედაპირიდან, გავლენის ქვეშ. ალტერნატიული მაგნიტური ველები გადახრილია მკაცრად განსაზღვრული კუთხით და დაბომბავს ეკრანების ფოსფორესცენტურ უჯრედებს, ქმნიან მათზე ფოტოელექტრული ეფექტის შედეგად წარმოქმნილ ნათელ გამოსახულებას, რომლის აღმოჩენაც შეუძლებელი იქნებოდა კათოდის ნამდვილი ბუნების შესახებ ჩვენი ცოდნის გარეშე. სხივები.

3.2.რაზერფორდის გამოცდილება

ერნესტ რეზერფორდი, ნელსონის პირველი ბარონი რეზერფორდი, 1871–1937 წწ.

ახალზელანდიელი ფიზიკოსი. დაიბადა ნელსონში, ხელოსანი ფერმერის შვილი. მოიპოვა სტიპენდია ინგლისის კემბრიჯის უნივერსიტეტში სასწავლებლად. სკოლის დამთავრების შემდეგ დაინიშნა კანადის მაკგილის უნივერსიტეტში, სადაც ფრედერიკ სოდისთან (1877–1966) ერთად დაადგინა რადიოაქტიურობის ფენომენის ძირითადი კანონები, რისთვისაც 1908 წელს მიენიჭა ნობელის პრემია ქიმიაში. მალე მეცნიერი გადავიდა მანჩესტერის უნივერსიტეტში, სადაც მისი ხელმძღვანელობით ჰანს გეიგერმა (1882–1945) გამოიგონა თავისი ცნობილი გეიგერის მრიცხველი, დაიწყო ატომის სტრუქტურის კვლევა და 1911 წელს აღმოაჩინა ატომის ბირთვის არსებობა. პირველი მსოფლიო ომის დროს იგი ჩართული იყო სონარების (აკუსტიკური რადარების) შემუშავებაში მტრის წყალქვეშა ნავების გამოსავლენად. 1919 წელს დაინიშნა ფიზიკის პროფესორად და კემბრიჯის უნივერსიტეტის კავენდიშის ლაბორატორიის დირექტორად და იმავე წელს აღმოაჩინა ბირთვული დაშლა მაღალი ენერგიის მძიმე ნაწილაკებით დაბომბვის შედეგად. რეზერფორდი სიცოცხლის ბოლომდე დარჩა ამ თანამდებობაზე, ამავდროულად მრავალი წლის განმავლობაში იყო სამეფო სამეცნიერო საზოგადოების პრეზიდენტი. ის დაკრძალეს ვესტმინსტერის სააბატოში ნიუტონის, დარვინისა და ფარადეის გვერდით.

ერნესტ რეზერფორდი უნიკალური მეცნიერია იმ თვალსაზრისით, რომ მან თავისი მთავარი აღმოჩენები ნობელის პრემიის მიღების შემდეგ გააკეთა. 1911 წელს მან წარმატებას მიაღწია ექსპერიმენტში, რომელმაც მეცნიერებს არა მხოლოდ საშუალება მისცა ღრმად შეეხედათ ატომს და გაეგოთ მისი სტრუქტურა, არამედ გახდა მადლისა და დიზაინის სიღრმის მოდელი.

რადიოაქტიური გამოსხივების ბუნებრივი წყაროს გამოყენებით რეზერფორდმა ააგო ქვემეხი, რომელიც წარმოქმნიდა ნაწილაკების მიმართულ და ფოკუსირებულ ნაკადს. იარაღი იყო ტყვიის ყუთი ვიწრო ჭრილით, რომლის შიგნით რადიოაქტიური მასალა იყო მოთავსებული. ამის გამო, რადიოაქტიური ნივთიერების ყველა მიმართულებით გამოსხივებული ნაწილაკები (ამ შემთხვევაში ალფა ნაწილაკები, რომლებიც შედგება ორი პროტონისა და ორი ნეიტრონისგან) შეიწოვება ტყვიის ეკრანით და მხოლოდ ალფა ნაწილაკების მიმართული სხივი გამოიყოფა ჭრილში. .

გამოცდილების სქემა

სხივის გზაზე კიდევ რამდენიმე ტყვიის ეკრანი იყო ვიწრო ჭრილებით, რომლებიც წყვეტდნენ მკაცრად გადახრილ ნაწილაკებს.

მოცემული მიმართულება. შედეგად, ალფა ნაწილაკების მშვენივრად ფოკუსირებული სხივი მიფრინავდა სამიზნისკენ და თავად სამიზნე იყო ოქროს ფოლგის თხელი ფურცელი. ეს იყო ალფა სხივი, რომელიც მოხვდა მას. ფოლგის ატომებთან შეჯახების შემდეგ ალფა ნაწილაკებმა გააგრძელეს გზა და მოხვდნენ სამიზნის უკან დაყენებულ ლუმინესცენტურ ეკრანს, რომელზედაც დაფიქსირდა ციმციმები, როდესაც ალფა ნაწილაკები მოხვდა. მათგან ექსპერიმენტატორს შეეძლო გაესამართლებინა, თუ რა რაოდენობით და რამდენად გადახრის ალფა ნაწილაკები სწორხაზოვანი მოძრაობის მიმართულებიდან ფოლგის ატომებთან შეჯახების შედეგად.

თუმცა, რეზერფორდმა აღნიშნა, რომ არცერთ მის წინამორბედს არ უცდია ექსპერიმენტულად შეემოწმებინა თუ არა ზოგიერთი ალფა ნაწილაკი გადახრილი ძალიან დიდი კუთხით. ქიშმიშის ბადის მოდელი უბრალოდ არ იძლეოდა ატომში ისეთი მკვრივი და მძიმე სტრუქტურული ელემენტების არსებობის საშუალებას, რომ მათ შეეძლოთ სწრაფი ალფა ნაწილაკების გადახტომა მნიშვნელოვანი კუთხით, ამიტომ არავინ აწუხებდა ამ შესაძლებლობის გამოცდას. რეზერფორდმა სთხოვა თავის ერთ-ერთ სტუდენტს ხელახლა აღჭურვა ინსტალაცია ისე, რომ შესაძლებელი ყოფილიყო ალფა ნაწილაკების გაფანტვაზე დაკვირვება დიდი გადახრის კუთხით - მხოლოდ სინდისის გასასუფთავებლად, რათა საბოლოოდ გამორიცხულიყო ეს შესაძლებლობა. დეტექტორი იყო ნატრიუმის სულფიდით დაფარული ეკრანი, მასალა, რომელიც წარმოქმნის ფლუორესცენტულ ციმციმს, როდესაც მას ალფა ნაწილაკი მოხვდება. წარმოიდგინეთ გაოცება არა მხოლოდ სტუდენტის, რომელმაც უშუალოდ ჩაატარა ექსპერიმენტი, არამედ თავად რეზერფორდისაც, როცა გაირკვა, რომ ზოგიერთი ნაწილაკი გადახრილი იყო 180°-მდე კუთხით!

რეზერფორდის მიერ მისი ექსპერიმენტის შედეგების საფუძველზე დახატული ატომის სურათი დღეს ჩვენთვის კარგად არის ცნობილი. ატომი შედგება სუპერ მკვრივი, კომპაქტური ბირთვისგან, რომელიც ატარებს დადებით მუხტს და მის გარშემო უარყოფითად დამუხტულ მსუბუქ ელექტრონებს. მოგვიანებით მეცნიერებმა ამ სურათს საიმედო თეორიული საფუძველი მისცეს (იხ. ბორის ატომი), მაგრამ ყველაფერი დაიწყო მარტივი ექსპერიმენტით რადიოაქტიური მასალის მცირე ნიმუშით და ოქროს ფოლგის ნაჭერით.

3.2.მეთოდი მილიკენი

3.2.1. მოკლე ბიოგრაფია:

რობერტ მილიკენი დაიბადა 1868 წელს ილინოისში ღარიბი მღვდლის ოჯახში. მან ბავშვობა გაატარა პროვინციულ ქალაქ მაკოკეტაში, სადაც დიდი ყურადღება ეთმობოდა სპორტს და ცუდ სწავლებას. საშუალო სკოლის დირექტორმა, რომელიც ასწავლიდა ფიზიკას, უთხრა, მაგალითად, თავის ახალგაზრდა მოსწავლეებს: „როგორ არის შესაძლებელი ტალღებისგან ხმის გამოცემა? სისულელეა, ბიჭებო, ეს ყველაფერი სისულელეა! ”

ობერდინის კოლეჯი არ იყო უკეთესი, მაგრამ მილიკენს, რომელსაც ფინანსური მხარდაჭერა არ ჰქონდა, თავად უნდა ესწავლებინა საშუალო სკოლის ფიზიკა. ამერიკაში მაშინ ფრანგულიდან თარგმნილი ფიზიკის მხოლოდ ორი სახელმძღვანელო იყო და ნიჭიერ ახალგაზრდას არ უჭირდა მათი შესწავლა და წარმატებით სწავლება. 1893 წელს ჩაირიცხა კოლუმბიის უნივერსიტეტში, შემდეგ სასწავლებლად წავიდა გერმანიაში.

მილიკენი 28 წლის იყო, როცა ა.მიკელსონისგან მიიღო შემოთავაზება ჩიკაგოს უნივერსიტეტში ასისტენტის თანამდებობაზე. თავიდან ის აქ თითქმის ექსკლუზიურად პედაგოგიურ საქმიანობას ეწეოდა და მხოლოდ ორმოცი წლის ასაკში დაიწყო სამეცნიერო კვლევა, რამაც მას მსოფლიო პოპულარობა მოუტანა.

3.2.2. პირველი გამოცდილება და პრობლემების გადაწყვეტა:

პირველი ექსპერიმენტები შემდეგნაირად ჩამოყალიბდა. ბრტყელი კონდენსატორის ფირფიტებს შორის, რომლებზეც გამოყენებული იყო ძაბვა 4000 ვ, შეიქმნა ღრუბელი, რომელიც შედგებოდა იონებზე დეპონირებული წყლის წვეთებისგან. პირველ რიგში, დაფიქსირდა ღრუბლის ზედაპირის დაცემა ელექტრული ველის არარსებობის შემთხვევაში. შემდეგ ძაბვის ჩართვისას ღრუბელი შეიქმნა. ღრუბლის დაცემა მოხდა გრავიტაციისა და ელექტრული ძალის გავლენის ქვეშ.
ღრუბელში წვეთზე მოქმედი ძალის თანაფარდობა მის მიერ მიღებულ სიჩქარესთან იგივეა პირველ და მეორე შემთხვევაში. პირველ შემთხვევაში, ძალა უდრის მგ, მეორეში მგ + qE, სადაც q არის ვარდნის მუხტი, E არის ელექტრული ველის სიძლიერე. თუ სიჩქარე პირველ შემთხვევაში უდრის υ 1 მეორე υ 2-ში, მაშინ

ღრუბლის ვარდნის სიჩქარის υ დამოკიდებულება ჰაერის სიბლანტეზე, შეგვიძლია გამოვთვალოთ საჭირო მუხტი q. თუმცა, ეს მეთოდი არ აძლევდა სასურველ სიზუსტეს, რადგან ის შეიცავდა ჰიპოთეტურ ვარაუდებს, რომლებიც ექსპერიმენტატორის კონტროლის მიღმა იყო.

გაზომვების სიზუსტის გასაზრდელად, უპირველეს ყოვლისა, საჭირო იყო გზის მოძებნა ღრუბლის აორთქლების გასათვალისწინებლად, რაც აუცილებლად მოხდა გაზომვის პროცესში.

ამ პრობლემაზე ფიქრით, მილიკანმა მოიფიქრა ვარდნის კლასიკური მეთოდი, რამაც გაუხსნა მრავალი მოულოდნელი შესაძლებლობა. ჩვენ თავად ავტორს მივცემთ უფლებას მოგვიყვეს გამოგონების ამბავი:
„როდესაც მივხვდი, რომ წვეთების აორთქლების სიჩქარე უცნობი რჩებოდა, შევეცადე გამომეფიქრებინა მეთოდი, რომელიც მთლიანად გამორიცხავდა ამ გაურკვეველ მნიშვნელობას. ჩემი გეგმა ასეთი იყო. წინა ექსპერიმენტებში ელექტრულ ველს შეეძლო მხოლოდ ოდნავ გაეზარდა ან შეემცირებინა ღრუბლის მწვერვალის სიჩქარე გრავიტაციის გავლენის ქვეშ. ახლა იმდენად მინდოდა ამ ველის გაძლიერება, რომ ღრუბლის ზედა ზედაპირი მუდმივ სიმაღლეზე დარჩა. ამ შემთხვევაში შესაძლებელი გახდა ღრუბლის აორთქლების სიჩქარის ზუსტად განსაზღვრა და გათვლებში გათვალისწინება“.

ამ იდეის განსახორციელებლად, მილიკანმა შექმნა მცირე ზომის მრავალჯერადი დატენვის ბატარეა, რომელიც აწარმოებდა ძაბვას 10 4 ვ-მდე (იმ დროისთვის ეს იყო ექსპერიმენტატორის შესანიშნავი მიღწევა). მას უნდა შეექმნა საკმარისად ძლიერი ველი, რომ ღრუბელი შეჩერებულიყო, როგორც „მუჰამედის კუბო“. "როცა ყველაფერი მზად მქონდა", - ამბობს მილიკენი, და როდესაც ღრუბელი ჩამოყალიბდა, გადამრთველი ჩავრთე და ღრუბელი ელექტრულ ველში იყო. და იმ მომენტში ის ჩემს თვალწინ დნება, სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, არც ერთი პატარა ნაჭერი არ დარჩენილა მთელი ღრუბლიდან, რომლის დაკვირვებაც შეიძლებოდა საკონტროლო ოპტიკური ინსტრუმენტის დახმარებით, როგორც ამას ვილსონი აკეთებდა და მე ვაპირებდი. როგორც თავიდან მომეჩვენა, ღრუბლის გაქრობა უკვალოდ ელექტრულ ველში ზედა და ქვედა ფირფიტებს შორის ნიშნავდა, რომ ექსპერიმენტი უშედეგოდ დასრულდა...“ თუმცა, როგორც ხშირად ხდებოდა მეცნიერების ისტორიაში, წარუმატებლობამ მისცა ახალი იდეისკენ წამოწევა. ამან გამოიწვია ცნობილი ვარდნის მეთოდი. „განმეორებითმა ექსპერიმენტებმა, - წერს მილიკანმა, - აჩვენა, რომ ღრუბლის გაფანტვის შემდეგ ძლიერ ელექტრულ ველში, მის ადგილას შეიძლება გამოირჩეოდეს რამდენიმე ინდივიდუალური წყლის წვეთი“ (ხაზგასმა დავამატე – ვ.დ.). „წარუმატებელმა“ ექსპერიმენტმა გამოიწვია ცალკეული წვეთების წონასწორობაში შენარჩუნებისა და მათზე საკმაოდ დიდი ხნის განმავლობაში დაკვირვების შესაძლებლობის აღმოჩენა.

მაგრამ დაკვირვების დროს აორთქლების შედეგად წყლის წვეთი მასა მნიშვნელოვნად შეიცვალა და მილიკანი მრავალდღიანი ძიების შემდეგ გადავიდა ექსპერიმენტებზე ზეთის წვეთებით.

ექსპერიმენტული პროცედურა მარტივი აღმოჩნდა. ადიაბატური გაფართოება ქმნის ღრუბელს კონდენსატორის ფირფიტებს შორის. იგი შედგება წვეთებისგან სხვადასხვა სიდიდისა და ნიშნის მუხტით. როდესაც ელექტრული ველი ჩართულია, წვეთები, რომელთა მუხტები იდენტურია კონდენსატორის ზედა ფირფიტის მუხტისა, სწრაფად ეცემა, ხოლო საპირისპირო მუხტის მქონე წვეთები იზიდავს ზედა ფირფიტას. მაგრამ წვეთების გარკვეულ რაოდენობას აქვს ისეთი მუხტი, რომ სიმძიმის ძალა დაბალანსებულია ელექტრული ძალით.

7 ან 8 წუთის შემდეგ. ღრუბელი იშლება და მცირე რაოდენობის წვეთები რჩება ხედვის ველში, რომლის მუხტი შეესაბამება ძალთა მითითებულ ბალანსს.

მილიკანმა შენიშნა ეს წვეთები, როგორც მკაფიო ნათელი წერტილები. „ამ წვეთების ისტორია ჩვეულებრივ ასე მიდის“, წერს ის. „მიზიდულობის უმნიშვნელო დომინირების შემთხვევაში ველის ძალაზე ისინი იწყებენ ნელა ვარდნას, მაგრამ რადგან თანდათან აორთქლდებიან, მათი დაღმავალი მოძრაობა მალე ჩერდება და ისინი. საკმაოდ დიდი ხნით გაუნძრევლად.“ . შემდეგ ველი იწყებს დომინირებას და წვეთები ნელ-ნელა აწევას იწყებს. მათი სიცოცხლის ბოლოს თეფშებს შორის სივრცეში ეს აღმავალი მოძრაობა ძალიან ძლიერად აჩქარდება და ისინი დიდი სიჩქარით იზიდავენ ზედა ფირფიტას“.

3.2.3. ინსტალაციის აღწერა:

მილიკანის ინსტალაციის დიაგრამა, რომლითაც გადამწყვეტი შედეგები იქნა მიღებული 1909 წელს, ნაჩვენებია ნახაზზე 17.

C კამერაში მოთავსებული იყო ბრტყელი კონდენსატორი მრგვალი სპილენძის ფირფიტებისაგან M და N 22 სმ დიამეტრით (მათ შორის მანძილი იყო 1,6 სმ). ზედა ფირფიტის ცენტრში გაკეთდა პატარა ხვრელი p, რომლითაც გადიოდა ზეთის წვეთები. ეს უკანასკნელი წარმოიქმნება სპრეის გამოყენებით ზეთის ნაკადის ინექციით. ჰაერი ადრე მტვრისგან იწმინდებოდა მინის ბამბის მილის გავლით. ნავთობის წვეთებს ჰქონდა დიამეტრი დაახლოებით 10-4 სმ.

ბატარეის B-დან კონდენსატორის ფირფიტებს მიეწოდებოდა 10 4 ვ ძაბვა.გამრთველის გამოყენებით შესაძლებელი იყო ფირფიტების მოკლე ჩართვა და ეს გაანადგურებდა ელექტრო ველს.

M და N ფირფიტებს შორის დაცემული ზეთის წვეთები განათებული იყო ძლიერი წყაროთ. წვეთების ქცევა ტელესკოპის საშუალებით დაფიქსირდა სხივების მიმართულების პერპენდიკულურად.

წვეთოვანი კონდენსაციისთვის აუცილებელი იონები წარმოიქმნა რადიუმის 200 მგ მასის ნაჭრისგან, რომელიც მდებარეობს ფირფიტების გვერდიდან 3-დან 10 სმ-მდე დაშორებით.

სპეციალური მოწყობილობის გამოყენებით, დგუშის დაწევამ გაზარდა გაზი. გაფართოებიდან 1-2 წმ-ის შემდეგ რადიუმი ამოიღეს ან დაჩრდილა ტყვიის ეკრანით. შემდეგ ელექტრული ველი ჩართო და ტელესკოპში წვეთებზე დაკვირვება დაიწყო. მილს ჰქონდა სასწორი, რომლითაც შესაძლებელი იყო წვეთით გავლილი ბილიკის დათვლა გარკვეული პერიოდის განმავლობაში. დრო იწერებოდა ზუსტი საათის გამოყენებით საკეტით.

მისი დაკვირვების დროს მილიკანმა აღმოაჩინა ფენომენი, რომელიც ემსახურებოდა ცალკეული ელემენტარული მუხტების შემდგომი ზუსტი გაზომვების მთელი სერიის გასაღებს.

„შეჩერებულ წვეთებზე მუშაობისას, - წერს მილიკანი, - რამდენჯერმე დამავიწყდა მათი დაცვა რადიუმის სხივებისგან. შემდეგ შემთხვევით შევამჩნიე, რომ დროდადრო ერთ-ერთი წვეთი მოულოდნელად იცვლიდა მუხტს და იწყებდა მოძრაობას მინდვრის გასწვრივ ან მის საწინააღმდეგოდ, როგორც ჩანს, პირველ შემთხვევაში იჭერდა პოზიტიურს, ხოლო მეორე შემთხვევაში უარყოფით იონს. ამან გახსნა არა მხოლოდ ცალკეული წვეთების მუხტების საიმედოდ გაზომვის შესაძლებლობა, როგორც ამას აქამდე ვაკეთებდი, არამედ ცალკეული ატმოსფერული იონის მუხტიც.

მართლაც, ერთი და იგივე წვეთი სიჩქარის ორჯერ გაზომვით, ერთხელ იონის დაჭერამდე და ერთხელ, აშკარად შემეძლო მთლიანად გამოვრიცხო ვარდნის თვისებები და გარემოს თვისებები და ვიმოქმედო მხოლოდ მუხტის პროპორციული მნიშვნელობით. დატყვევებული იონი“.

3.2.4. ელემენტარული გადასახადის გაანგარიშება:

ელემენტარული მუხტი გამოითვალა მილიკანმა შემდეგი მოსაზრებებიდან გამომდინარე. წვეთების მოძრაობის სიჩქარე მასზე მოქმედი ძალის პროპორციულია და არ არის დამოკიდებული ვარდნის მუხტზე.
თუ წვეთი დაეცა კონდენსატორის ფირფიტებს შორის გრავიტაციის გავლენის ქვეშ მარტო v სიჩქარით, მაშინ

როდესაც ჩართულია გრავიტაციის წინააღმდეგ მიმართული ველი, მოქმედი ძალა იქნება სხვაობა qE - მგ, სადაც q არის ვარდნის მუხტი, E არის ველის სიძლიერის მოდული.

ვარდნის სიჩქარე ტოლი იქნება:

υ 2 =k(qE-მგ) (2)

თუ ტოლობას (1) გავყოფთ (2-ზე), მივიღებთ

აქედან

დაე, წვეთმა დაიპყროს იონი და მისი მუხტი გახდეს q-ის ტოლი“, ხოლო მოძრაობის სიჩქარე υ 2. აღვნიშნოთ ამ დაჭერილი იონის მუხტი e-ით.

მაშინ e= q"- q.

(3) გამოყენებით, ჩვენ ვიღებთ

მნიშვნელობა მუდმივია მოცემული წვეთისთვის.

3.2.5. დასკვნები მილიკანის მეთოდიდან

შესაბამისად, ნებისმიერი მუხტი დაჭერილი წვეთი იქნება სიჩქარის სხვაობის პროპორციული (υ" 2 - υ 2), სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, პროპორციული ვარდნის სიჩქარის ცვლილების პროპორციული იონის დაჭერის გამო! ელემენტარული მუხტის გაზომვა შემცირდა წვეთით გავლილი ბილიკის გაზომვამდე და ამ ბილიკით გავლილი დროის გაზომვამდე. მრავალრიცხოვანმა დაკვირვებებმა აჩვენა ფორმულის (4) მართებულობა. აღმოჩნდა, რომ e-ს მნიშვნელობა შეიძლება მხოლოდ მკვეთრად შეიცვალოს! ყოველთვის შეინიშნება მუხტები e, 2e, 3e, 4e და ა.შ.

”ხშირ შემთხვევაში, - წერს მილიკანი, - ვარდნა შეინიშნებოდა ხუთი ან ექვსი საათის განმავლობაში და ამ დროის განმავლობაში მან დაიპყრო არა რვა ან ათი იონი, არამედ ასობით მათგანი. მთლიანობაში მე დავაკვირდი ამ გზით ათასობით იონის დაჭერას და ყველა შემთხვევაში დაჭერილი მუხტი... იყო ზუსტად ტოლი ყველა დაჭერილი მუხტის უმცირესთან, ან ტოლი იყო ამის მცირე მთელი რიცხვის ჯერადი. ღირებულება. ეს არის პირდაპირი და უტყუარი მტკიცებულება იმისა, რომ ელექტრონი არ არის „სტატისტიკური საშუალო“, არამედ რომ იონების ყველა ელექტრული მუხტი ან ზუსტად უდრის ელექტრონის მუხტს, ან წარმოადგენს ამ მუხტის მცირე მთელ რიცხვს.

ამრიგად, ელექტრული მუხტის ატომურობა, დისკრეტულობა ან, თანამედროვე ენით, კვანტიზაცია ექსპერიმენტულ ფაქტად იქცა. ახლა მნიშვნელოვანი იყო იმის ჩვენება, რომ ელექტრონი არის, ასე ვთქვათ, ყველგანმყოფი. ნებისმიერი ელექტრული მუხტი ნებისმიერი ბუნების სხეულში არის იგივე ელემენტარული მუხტების ჯამი.

მილიკანის მეთოდმა შესაძლებელი გახადა ამ კითხვაზე ცალსახა პასუხის გაცემა. პირველ ექსპერიმენტებში მუხტები შეიქმნა ნეიტრალური აირის მოლეკულების იონიზაციით რადიოაქტიური გამოსხივების ნაკადით. გაზომეს წვეთებით დაჭერილი იონების მუხტი.

როდესაც სითხეს ასხურებენ სპრეის ბოთლით, წვეთები ელექტრიფიცირებული ხდება ხახუნის გამო. ეს კარგად იყო ცნობილი ჯერ კიდევ მე-19 საუკუნეში. არის თუ არა ეს მუხტები ასევე კვანტური, როგორც იონური მუხტები? მილიკანი შესხურების შემდეგ „აწონის“ წვეთებს და ზომავს მუხტებს ზემოთ აღწერილი წესით. გამოცდილება ცხადყოფს ელექტრული მუხტის იგივე დისკრეტულობას.

ზეთის (დიელექტრიკის), გლიცერინის (ნახევარგამტარი), ვერცხლისწყლის (გამტარი), მილიკანის წვეთები ადასტურებს, რომ ნებისმიერი ფიზიკური ბუნების სხეულებზე მუხტი ყველა შემთხვევაში შედგება, გამონაკლისის გარეშე, მკაცრად მუდმივი სიდიდის ცალკეული ელემენტარული ნაწილებისგან. 1913 წელს მილიკანმა შეაჯამა მრავალი ექსპერიმენტის შედეგები და მისცა ელემენტარული მუხტის შემდეგი მნიშვნელობა: e = 4,774. 10-10 ერთეული SGSE გადასახადი. ასე ჩამოყალიბდა თანამედროვე ფიზიკის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მუდმივი. ელექტრული მუხტის განსაზღვრა გახდა მარტივი არითმეტიკული პრობლემა.

3.4 კომპტონის გამოსახულების მეთოდი:

C.T.R-ის აღმოჩენამ მნიშვნელოვანი როლი ითამაშა ელექტრონის რეალობის იდეის განმტკიცებაში. უილსონი, წყლის ორთქლის კონდენსაციის ეფექტი იონებზე, რამაც გამოიწვია ნაწილაკების კვალის გადაღების შესაძლებლობა.

ისინი ამბობენ, რომ ა.კომპტონმა ლექციის დროს ვერ დაარწმუნა სკეპტიკურად განწყობილი მსმენელი მიკრონაწილაკების არსებობის რეალობაში. ის ამტკიცებდა, რომ დაიჯერებდა მხოლოდ მას შემდეგ, რაც საკუთარი თვალით დაინახავდა მათ.
შემდეგ კომპტონმა აჩვენა ფოტო ალფა ნაწილაკების კვალით, რომლის გვერდით იყო თითის ანაბეჭდი. "იცით რა არის ეს?" - ჰკითხა კომპტონმა. - თითი, - უპასუხა მსმენელმა. - ამ შემთხვევაში, - თქვა კომპტონმა საზეიმოდ, - ეს მანათობელი ზოლი არის ნაწილაკი.
ელექტრონული ტრასების ფოტოები არა მხოლოდ ელექტრონების რეალობას მოწმობდა. მათ დაადასტურეს ელექტრონების მცირე ზომის ვარაუდი და შესაძლებელი გახადეს თეორიული გამოთვლების შედეგების შედარება, რომელიც მოიცავდა ელექტრონების რადიუსს, ექსპერიმენტთან. ექსპერიმენტებმა, რომლებიც დაიწყო ლენარდის მიერ კათოდური სხივების შეღწევადობის შესწავლით, აჩვენა, რომ რადიოაქტიური ნივთიერებების მიერ გამოსხივებული ძალიან სწრაფი ელექტრონები აწარმოებენ ბილიკებს გაზში სწორი ხაზების სახით. ბილიკის სიგრძე ელექტრონის ენერგიის პროპორციულია. მაღალენერგეტიკული α-ნაწილაკების ბილიკების ფოტოები აჩვენებს, რომ ტრასები შედგება წერტილების დიდი რაოდენობით. თითოეული წერტილი არის წყლის წვეთი, რომელიც ჩნდება იონზე, რომელიც წარმოიქმნება ელექტრონის ატომთან შეჯახების შედეგად. ატომის ზომისა და მისი კონცენტრაციის ცოდნა, შეგვიძლია გამოვთვალოთ ატომების რაოდენობა, რომლებშიც α ნაწილაკმა უნდა გაიაროს მოცემულ მანძილზე. მარტივი გამოთვლა აჩვენებს, რომ ალფა ნაწილაკმა უნდა იმოგზაუროს დაახლოებით 300 ატომამდე, სანამ გზად ატომის ერთ-ერთ ელექტრონს შეხვდება, რომელიც ატომის გარსს ქმნის და იონიზაციას გამოიმუშავებს.

ეს ფაქტი დამაჯერებლად მიუთითებს, რომ ელექტრონების მოცულობა არის ატომის მოცულობის უმნიშვნელო ნაწილი. დაბალი ენერგიის მქონე ელექტრონის ბილიკი მრუდია, შესაბამისად, ნელი ელექტრონი გადახრილია შიდაატომური ველით. ის აწარმოებს უფრო მეტ იონიზაციის მოვლენებს თავის გზაზე.

გაფანტვის თეორიიდან შეიძლება მივიღოთ მონაცემები ელექტრონის ენერგიის მიხედვით გადახრის კუთხეების შესაფასებლად. ეს მონაცემები კარგად არის დადასტურებული რეალური ტრასების ანალიზით.თეორიის დამთხვევამ ექსპერიმენტთან გააძლიერა ელექტრონის, როგორც მატერიის უმცირესი ნაწილაკის იდეა.

დასკვნა:

ელემენტარული ელექტრული მუხტის გაზომვამ გახსნა მთელი რიგი მნიშვნელოვანი ფიზიკური მუდმივების ზუსტად განსაზღვრის შესაძლებლობა.
e-ს მნიშვნელობის ცოდნა ავტომატურად იძლევა საშუალებას დადგინდეს ფუნდამენტური მუდმივის - ავოგადროს მუდმივის მნიშვნელობა. მილიკანის ექსპერიმენტებამდე არსებობდა ავოგადროს მუდმივობის მხოლოდ უხეში შეფასებები, რომლებიც მოცემულია აირების კინეტიკური თეორიით. ეს შეფასებები ეფუძნებოდა ჰაერის მოლეკულის საშუალო რადიუსის გამოთვლებს და იცვლებოდა საკმაოდ ფართო დიაპაზონში 2-დან. 10 23-დან 20-მდე. 10 23 1/მოლ.

დავუშვათ, რომ ჩვენ ვიცით მუხტი Q, რომელიც გაიარა ელექტროლიტის ხსნარში და ნივთიერების M რაოდენობა, რომელიც დეპონირდება ელექტროდზე. მაშინ, თუ იონის მუხტი არის Ze 0 და მისი მასა m 0, თანასწორობა ძალაშია

თუ დეპონირებული ნივთიერების მასა ერთი მოლის ტოლია,

შემდეგ Q = F- ფარადეის მუდმივი და F = N 0 e, საიდანაც:

ცხადია, ავოგადროს მუდმივის განსაზღვრის სიზუსტე განისაზღვრება იმ სიზუსტით, რომლითაც იზომება ელექტრონის მუხტი. პრაქტიკა მოითხოვდა ფუნდამენტური მუდმივების განსაზღვრის სიზუსტის გაზრდას და ეს იყო ერთ-ერთი სტიმული ელექტრული მუხტის კვანტური გაზომვის მეთოდოლოგიის გასაგრძელებლად. ეს სამუშაო, რომელიც ახლა წმინდა მეტროლოგიურ ხასიათს ატარებს, დღემდე გრძელდება.

ყველაზე ზუსტი მნიშვნელობები ამჟამად არის:

e = (4.8029±0.0005) 10 -10. ერთეულები SGSE გადასახადი;

N 0 = (6.0230±0.0005) 10 23 1/მოლ.

იცის N o, შესაძლებელია გაზის მოლეკულების რაოდენობის დადგენა 1 სმ 3-ში, ვინაიდან 1 მოლი აირის მიერ დაკავებული მოცულობა უკვე ცნობილი მუდმივი მნიშვნელობაა.

1 სმ 3-ში გაზის მოლეკულების რაოდენობის ცოდნამ შესაძლებელი გახადა მოლეკულის თერმული მოძრაობის საშუალო კინეტიკური ენერგიის დადგენა. დაბოლოს, ელექტრონის მუხტიდან შეიძლება განისაზღვროს პლანკის მუდმივა და სტეფან-ბოლცმანის მუდმივი თერმული გამოსხივების კანონში.

დეტალები კატეგორია: ელექტროენერგია და მაგნეტიზმი გამოქვეყნებულია 08.06.2015 05:51 ნახვები: 6694

ფიზიკაში ერთ-ერთი ფუნდამენტური მუდმივი ელემენტარული ელექტრული მუხტია. ეს არის სკალარული სიდიდე, რომელიც ახასიათებს ფიზიკური სხეულების უნარს მონაწილეობა მიიღონ ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებაში.

ელემენტარული ელექტრული მუხტი ითვლება ყველაზე მცირე დადებით ან უარყოფით მუხტად, რომლის გაყოფაც შეუძლებელია. მისი ღირებულება ელექტრონის მუხტის ტოლია.

ის ფაქტი, რომ ბუნებაში ნაპოვნი ნებისმიერი ელექტრული მუხტი ყოველთვის უდრის ელემენტარული მუხტების მთელ რიცხვს, ვარაუდობდა 1752 წელს ცნობილმა პოლიტიკურმა მოღვაწემ ბენჯამინ ფრანკლინმა, პოლიტიკოსმა და დიპლომატმა, რომელიც ასევე ეწეოდა სამეცნიერო და გამომგონებელ საქმიანობას, პირველი ამერიკელი, რომელიც გახდა. რუსეთის მეცნიერებათა აკადემიის წევრი.

ბენჯამინ ფრანკლინი

თუ ფრანკლინის ვარაუდი სწორია და ნებისმიერი დამუხტული სხეულის ან სხეულთა სისტემის ელექტრული მუხტი შედგება ელემენტარული მუხტების მთელი რიცხვისაგან, მაშინ ეს მუხტი შეიძლება მკვეთრად შეიცვალოს იმ რაოდენობით, რომელიც შეიცავს ელექტრონების მუხტების მთელ რაოდენობას.

პირველად ეს დაადასტურა და საკმაოდ ზუსტად ექსპერიმენტულად დაადასტურა ამერიკელმა მეცნიერმა, ჩიკაგოს უნივერსიტეტის პროფესორმა რობერტ მილიკანმა.

მილიკანის გამოცდილება

მილიკანის ექსპერიმენტის დიაგრამა

მილიკანმა ჩაატარა პირველი ცნობილი ექსპერიმენტი ზეთის წვეთებით 1909 წელს თავის ასისტენტ ჰარვი ფლეტჩერთან ერთად. ისინი ამბობენ, რომ თავიდან ექსპერიმენტის ჩატარებას წყლის წვეთების გამოყენებით გეგმავდნენ, მაგრამ ისინი რამდენიმე წამში აორთქლდნენ, რაც აშკარად არ იყო საკმარისი შედეგის მისაღებად. შემდეგ მილიკენმა ფლეტჩერი გაგზავნა აფთიაქში, სადაც მან იყიდა სპრეის ბოთლი და საათის ზეთის ბოთლი. ეს საკმარისი იყო იმისთვის, რომ ექსპერიმენტი წარმატებული ყოფილიყო. ამის შემდეგ მილიკანმა მიიღო ნობელის პრემია, ხოლო ფლეტჩერმა მიიღო დოქტორის ხარისხი.

რობერტ მილიკენი

ჰარვი ფლეტჩერი

რა იყო მილიკანის ექსპერიმენტი?

ნავთობის ელექტრიფიცირებული წვეთი ეცემა ორ ლითონის ფირფიტას შორის გრავიტაციის გავლენის ქვეშ. მაგრამ თუ მათ შორის ელექტრული ველი შეიქმნება, ეს წვეთს დაცემას დაიცავს. ელექტრული ველის სიძლიერის გაზომვით შესაძლებელია ვარდნის მუხტის დადგენა.

ექსპერიმენტატორებმა ჭურჭლის შიგნით მოათავსეს ორი ლითონის კონდენსატორის ფირფიტა. იქ, სპრეის ბოთლის გამოყენებით, შეჰქონდათ ზეთის პაწაწინა წვეთები, რომლებიც ჰაერთან ხახუნის შედეგად უარყოფითად დამუხტული ხდებოდა შესხურებისას.

ელექტრული ველის არარსებობის შემთხვევაში, წვეთი ეცემა

გრავიტაციის გავლენით F w = მგ, წვეთებმა დაიწყეს დაცემა. მაგრამ რადგან ისინი არ იმყოფებოდნენ ვაკუუმში, არამედ გარემოში, ჰაერის წინააღმდეგობის ძალამ ხელი შეუშალა მათ თავისუფლად დაცემას. ფრასი = 6პი rv 0 , სად η - ჰაერის სიბლანტე. Როდესაც Fw და ფრას დაბალანსებული, დაცემა სისწრაფით ერთგვაროვანი გახდა v 0 . ამ სიჩქარის გაზომვით მეცნიერმა დაადგინა ვარდნის რადიუსი.

წვეთი "ცურავს" ელექტრული ველის გავლენის ქვეშ

თუ წვეთების დაცემის მომენტში ფირფიტებზე ძაბვა ისე იყო გამოყენებული, რომ ზედა ფირფიტა მიეღო დადებითი მუხტი, ქვედა კი უარყოფითი, ვარდნა შეჩერდა. მას ხელი შეუშალა გაჩენილმა ელექტრულმა ველმა. წვეთები თითქოს ცურავდა. ეს მოხდა მაშინ, როცა ძალის ფ დაბალანსებულია ელექტრული ველიდან მოქმედი ძალით F r = eE ,

სად F r - გრავიტაციისა და არქიმედეს ძალის შედეგი.

F r = 4/3 πr 3 ( ρ – ρ 0) გ

ρ - ზეთის წვეთების სიმკვრივე;

ρ 0 – ჰაერის სიმკვრივე.

რ არის ვარდნის რადიუსი.

იცის ფ და ე , ჩვენ შეგვიძლია განვსაზღვროთ მნიშვნელობა ე .

იმის გამო, რომ ძალიან რთული იყო იმის უზრუნველყოფა, რომ წვეთი დიდხანს დარჩებოდა სტაციონარული, მილიკანმა და ფლეტჩერმა შექმნეს ველი, რომელშიც წვეთმა გაჩერების შემდეგ დაიწყო ზევით მოძრაობა ძალიან დაბალი სიჩქარით. ვ . Ამ შემთხვევაში

ექსპერიმენტები ბევრჯერ განმეორდა. წვეთებს მუხტი გადასცეს რენტგენის ან ულტრაიისფერი ინსტალაციის დასხივებით. მაგრამ ყოველ ჯერზე ვარდნის მთლიანი მუხტი ყოველთვის რამდენიმე ელემენტარული მუხტის ტოლი იყო.

1911 წელს მილიკანმა დაადგინა, რომ ელექტრონის მუხტი არის 1,5924 (17) x 10 -19 C. მეცნიერი მხოლოდ 1%-ით ცდებოდა. მისი თანამედროვე მნიშვნელობა არის 1.602176487(10) x 10 -19 C.

იოფეს ექსპერიმენტი

აბრამ ფედოროვიჩ იოფე

უნდა ითქვას, რომ მილიკანთან თითქმის ერთდროულად, მაგრამ მისგან დამოუკიდებლად, მსგავს ექსპერიმენტებს ატარებდა რუსი ფიზიკოსი აბრამ ფედოროვიჩ იოფე. და მისი ექსპერიმენტული წყობა მილიკანის მსგავსი იყო. მაგრამ ჭურჭლიდან ჰაერი ამოტუმბული იყო და მასში ვაკუუმი შეიქმნა. და ნავთობის წვეთების ნაცვლად, იოფმა გამოიყენა თუთიის მცირე დამუხტული ნაწილაკები. მათ მოძრაობას მიკროსკოპით აკვირდებოდნენ.

Ioffe ინსტალაცია

1- მილის

2-კამერა

3 - ლითონის ფირფიტები

4 - მიკროსკოპი

5 - ულტრაიისფერი გამოსხივება

ელექტროსტატიკური ველის გავლენის ქვეშ, თუთიის მტვრის ლაქა დაეცა. როგორც კი მტვრის მარცვლის სიმძიმე გაუტოლდა მასზე მოქმედ ძალას ელექტრული ველიდან, დაცემა შეწყდა. სანამ მტვრის ნაწილაკის მუხტი არ იცვლებოდა, ის გაუნძრევლად აგრძელებდა ჩამოკიდებას. მაგრამ თუ მას ულტრაიისფერი შუქი ექვემდებარებოდა, მაშინ მისი მუხტი შემცირდა და ბალანსი ირღვევა. მან ისევ დაცემა დაიწყო. შემდეგ ფირფიტებზე დამუხტვის რაოდენობა გაიზარდა. შესაბამისად, ელექტრული ველი გაიზარდა და დაცემა ისევ შეჩერდა. ეს რამდენჯერმე გაკეთდა. შედეგად, გაირკვა, რომ ყოველ ჯერზე მტვრის მარცვლის მუხტი იცვლებოდა იმ რაოდენობით, რაც ელემენტარული ნაწილაკების მუხტის ჯერადად იყო.

იოფემ არ გამოთვალა ამ ნაწილაკების მუხტის სიდიდე. მაგრამ, 1925 წელს ჩაატარა მსგავსი ექსპერიმენტი ფიზიკოს ნ.ი. დობრონავოვმა, ოდნავ შეცვალა ექსპერიმენტული წყობა და თუთიის ნაცვლად ბისმუტის მტვრის ნაწილაკები გამოიყენა, მან დაადასტურა თეორია.

DEFINITION OF ELEMENTARY

ელექტრო დამუხტვა ელექტროლიზის მეთოდით

აღჭურვილობა: DC წყარო, კუვეტა ელექტროდებით ელექტროლიტების ნაკრებიდან, ლაბორატორიული ვოლტმეტრი, რეზისტორი, სასწორი წონით ან ელექტრონული, გასაღები, დამაკავშირებელი მავთულები, სპილენძის სულფატის ხსნარი, წამზომი (ან საათი მეორადი ხელით).

ახსნა-განმარტებები სამუშაოსთვის. ელექტრონის მუხტის დასადგენად შეგიძლიათ გამოიყენოთ ფარადეის ელექტროლიზის კანონი, სადაც m არის კათოდზე გამოთავისუფლებული ნივთიერების მასა; M არის ნივთიერების მოლური მასა; n არის ნივთიერების ვალენტობა; e - ელექტრონის მუხტი; Na არის ავოგადროს მუდმივი; I არის ელექტროლიტში მიმდინარე სიძლიერე; Δt არის დრო, რომელიც სჭირდება ელექტროლიტში დენის გავლას.

ამ ფორმულიდან ირკვევა, რომ სამუშაოს მიზნის მისაღწევად, საჭიროა ვიცოდეთ კათოდში გამოთავისუფლებული ნივთიერების მოლური მასა, მისი ვალენტობა და ავოგადროს მუდმივი. გარდა ამისა, ექსპერიმენტის დროს აუცილებელია დენის სიძლიერის და მისი გადინების დროის გაზომვა, ხოლო ელექტროლიზის დასრულების შემდეგ კათოდზე გამოთავისუფლებული ნივთიერების მასა.

ექსპერიმენტის ჩასატარებლად გამოიყენება სპილენძის სულფატის გაჯერებული წყალხსნარი, რომელსაც ასხამენ კუვეტაში ორი სპილენძის ელექტროდით. ერთი ელექტროდი მყარად არის დამაგრებული კუვეტის ცენტრში, ხოლო მეორე (მოხსნადი) მის კედელზეა.

წყალხსნარში ხდება მოლეკულების დისოციაცია არა მხოლოდ სპილენძის სულფატის (CuS04 = Cu2+ +), არამედ წყლის (H20 = H+ + OH -), თუმცა სუსტი ზომით. ამრიგად, CuS04-ის წყალხსნარი შეიცავს დადებით Cu2+ და H+ იონებს და უარყოფით SO2- და OH- იონებს. თუ ელექტროდებს შორის შეიქმნა ელექტრული ველი, მაშინ დადებითი იონები დაიწყებენ მოძრაობას კათოდისკენ, ხოლო უარყოფითი იონები ანოდისკენ. Cu2+ და H+ იონები უახლოვდებიან კათოდს, მაგრამ ყველა მათგანი არ იხსნება. ეს აიხსნება იმით, რომ სპილენძის და წყალბადის ატომები ადვილად გარდაიქმნება დადებითად დამუხტულ იონებად, კარგავენ გარე ელექტრონებს. მაგრამ სპილენძის იონი უფრო ადვილად ანიჭებს ელექტრონს, ვიდრე წყალბადის იონი. ამიტომ, სპილენძის იონები გამოიყოფა კათოდზე.

ნეგატიური იონები და OH- გადაინაცვლებს ანოდისკენ, მაგრამ არცერთი მათგანი არ გამოიყოფა. ამ შემთხვევაში, სპილენძი დაიწყებს დაშლას. ეს აიხსნება იმით, რომ სპილენძის ატომები უფრო ადვილად აძლევენ ელექტრონებს ელექტრული წრედის გარე ნაწილს, ვიდრე იონები და OH - და, როგორც დადებით იონებს გახდებიან, გადავლენ ხსნარში: Cu = Cu2+ + 2e-.

ამრიგად, როდესაც ელექტროდები უკავშირდება პირდაპირი დენის წყაროს, იონების მიმართული მოძრაობა მოხდება სპილენძის სულფატის ხსნარში, რაც გამოიწვევს სუფთა სპილენძის გამოყოფას კათოდში.

იმისათვის, რომ გამოთავისუფლებული სპილენძის ფენა იყოს მკვრივი და კარგად შენარჩუნებული კათოდზე, რეკომენდებულია ელექტროლიზის ჩატარება ხსნარში დაბალი დენით. და რადგან ეს გამოიწვევს გაზომვის დიდ შეცდომას, ლაბორატორიული ამპერმეტრის ნაცვლად, სამუშაოში გამოიყენება რეზისტორი და ვოლტმეტრი. ვოლტმეტრის U და R რეზისტორის წინაღობის (მის სხეულზე მითითებული) წაკითხვის საფუძველზე დგინდება დენის სიძლიერე I. ექსპერიმენტული დაყენების სქემატური დიაგრამა ნაჩვენებია ნახაზზე 12.

ელექტროლიტში მიმდინარე სიძლიერე შეიძლება შეიცვალოს ექსპერიმენტის დროს, ამიტომ მისი საშუალო მნიშვნელობა 1sr ჩანაცვლებულია მუხტის განსაზღვრის ფორმულაში. საშუალო დენის მნიშვნელობა განისაზღვრება ვოლტმეტრის ჩვენებების ჩაწერით ყოველ 30 წმ-ში დაკვირვების მთელი დროის განმავლობაში, შემდეგ ხდება მათი შეჯამება და მიღებული მნიშვნელობა იყოფა გაზომვების რაოდენობაზე. ასე მოიძებნება Ucp. შემდეგ, Ohm-ის კანონის გამოყენებით, Icp გვხვდება წრედის მონაკვეთისთვის. უფრო მოსახერხებელია ძაბვის გაზომვის შედეგების ჩაწერა დამხმარე ცხრილში.

დენის ნაკადის დრო იზომება წამზომით.

სამუშაოსთვის მომზადების პროცედურა

1. მიუთითეთ რომელი ფიზიკური სიდიდეები ექვემდებარება პირდაპირ გაზომვას ელექტრონის მუხტის დასადგენად ამ სამუშაოში გამოყენებული მეთოდით. რა საზომი ხელსაწყოები იქნება გამოყენებული გაზომვების მისაღებად? განსაზღვრეთ და ჩამოწერეთ ამ ინსტრუმენტების აბსოლუტური შეცდომების საზღვრები.

2. მექანიკური წამზომის, ვოლტმეტრისა და სასწორის გამოყენებისას აბსოლუტური წაკითხვის შეცდომების ზღვრების დადგენა და ჩაწერა.

3. ჩაწერეთ ცდომილების აბსოლუტური ლიმიტის განსაზღვრის ფორმულა ∆е.

4. მოამზადეთ ცხრილი თქვენი გაზომვების, შეცდომებისა და გამოთვლების ჩასაწერად.

მოამზადეთ დახმარების ცხრილი ვოლტმეტრის ჩვენებების ჩასაწერად.

ᲣᲞᲐᲡᲣᲮᲔ ᲙᲘᲗᲮᲕᲔᲑᲡ

რატომ მოქმედებს ელექტროლიტში დენის გადინების დრო ელექტრონის მუხტის გაზომვის შედეგზე?

როგორ მოქმედებს ხსნარის კონცენტრაცია ელექტრონის მუხტის გაზომვის შედეგზე?

რა არის სპილენძის ვალენტობა?

რა არის სპილენძის მოლური მასა?

რა არის ავოგადროს მუდმივი?

სამუშაოს შესრულების პროცედურა

1. განსაზღვრეთ მოსახსნელი ელექტროდის t1 მასა სასწორზე.

2. მიამაგრეთ ელექტროდი კუვეტაზე და აკრიფეთ 12-ზე ნაჩვენები ელექტრული წრე. დარწმუნდით, რომ მოსახსნელი ელექტროდი დაკავშირებულია ძაბვის წყაროს უარყოფით პოლუსთან.

3. შეავსეთ კუვეტა სპილენძის სულფატის ხსნარით, დახურეთ გასაღები და ჩაწერეთ ვოლტმეტრის ჩვენებები ყოველ 30 წამში 15 წუთის განმავლობაში.

4. 15 წუთის შემდეგ გახსენით გასაღები, დაშალეთ წრე, ამოიღეთ ელექტროდი, გააშრეთ და განსაზღვრეთ მისი მასა m2 მასზე დაფენილ სპილენძთან ერთად.

5. გამოთვალეთ გამოთავისუფლებული სპილენძის მასა: t- და მისი გაზომვის აბსოლუტური ცდომილების ზღვარი ∆t.

6. გამოთვალეთ საშუალო ძაბვა Uav რეზისტორზე და საშუალო დენი ელექტროლიტში მეოთხ

7. გამოთვალეთ ელექტრონის მუხტი ე.

8. გამოთვალეთ ელექტრონის მუხტის განსაზღვრის აბსოლუტური ცდომილების ზღვარი ∆е.

9. ჩაწერეთ მუხტის დადგენის შედეგი ცდომილების აბსოლუტური ლიმიტის გათვალისწინებით.

10. შეადარეთ ექსპერიმენტის შედეგებით განსაზღვრული ელექტრონის მუხტი ცხრილის მნიშვნელობას.

მეთოდოლოგიური შენიშვნა. ელექტრონის შესახებ მოსწავლეებმა უკვე იციან ქიმიის კურსიდან და VII კლასის სილაბუსის შესაბამისი მონაკვეთიდან. ახლა ჩვენ უნდა გავაღრმავოთ მატერიის პირველი ელემენტარული ნაწილაკის გაგება, გავიხსენოთ ის, რაც ვისწავლეთ, დავუკავშიროთ ის "ელექტროსტატიკის" განყოფილების პირველ თემას და გადავიდეთ ელემენტარული მუხტის ინტერპრეტაციის უფრო მაღალ დონეზე. უნდა გვახსოვდეს ელექტრული მუხტის კონცეფციის სირთულე. შემოთავაზებულ ექსკურსიას შეუძლია დაეხმაროს ამ კონცეფციის გამოვლენასა და საკითხის არსს.

ელექტრონს აქვს რთული ისტორია. მიზნის უმოკლეს ვადაში მისაღწევად სასურველია სიუჟეტი შემდეგნაირად წარმართოთ.

იყვნენ სკეპტიკოსები, რომლებიც საერთოდ უგულებელყოფდნენ ელექტრონის აღმოჩენას. აკადემიკოსი A.F. Ioffe, თავის მოგონებებში თავისი მასწავლებლის V.K. Roentgen-ის შესახებ, წერდა: „1906-1907 წლამდე სიტყვა ელექტრონი არ უნდა გამოთქმულიყო მიუნხენის უნივერსიტეტის ფიზიკის ინსტიტუტში. რენტგენმა მას მიიჩნია დაუმტკიცებელი ჰიპოთეზა, რომელიც ხშირად გამოიყენება საკმარისი არ არის საკმარისი. საფუძველი და საჭიროების გარეშე“.

ელექტრონს ჯერ კიდევ არ დაუტოვებია „სუფთა“ მეცნიერების ჩარჩო. შეგახსენებთ, რომ პირველი ვაკუუმური მილი მხოლოდ 1907 წელს გამოჩნდა.

რწმენიდან რწმენაზე გადასასვლელად, პირველ რიგში, საჭირო იყო ელექტრონის იზოლირება, ელემენტარული მუხტის პირდაპირი და ზუსტი გაზომვის მეთოდის გამოგონება.

ეს პრობლემა ამერიკელმა ფიზიკოსმა რობერტ მილიკანმა (1868-1953) გადაჭრა დახვეწილი ექსპერიმენტების სერიაში, რომელიც დაიწყო 1906 წელს.

რობერტ მილიკენი დაიბადა 1868 წელს ილინოისში ღარიბი მღვდლის ოჯახში. მან ბავშვობა გაატარა პროვინციულ ქალაქ მაკოკეტაში, სადაც დიდი ყურადღება ეთმობოდა სპორტს და ცუდ სწავლებას. საშუალო სკოლის დირექტორმა, რომელიც ასწავლიდა ფიზიკას, უთხრა, მაგალითად, თავის ახალგაზრდა მსმენელებს: "როგორ შეგიძლიათ ტალღებისგან ხმა გამოიღოთ? სისულელეა, ბიჭებო, ეს ყველაფერი სისულელეა!"

ღრუბელში წვეთზე მოქმედი ძალის თანაფარდობა მის მიერ მიღებულ სიჩქარესთან იგივეა პირველ და მეორე შემთხვევაში. პირველ შემთხვევაში, ძალა უდრის მგ, მეორეში მგ + qE, სადაც q არის ვარდნის მუხტი, E არის ელექტრული ველის სიძლიერე. თუ სიჩქარე პირველ შემთხვევაში არის v 1 მეორე შემთხვევაში v 2, მაშინ

ღრუბლის ვარდნის v სიჩქარის დამოკიდებულების ცოდნა ჰაერის სიბლანტეზე, შეგვიძლია გამოვთვალოთ საჭირო მუხტი q. თუმცა, ეს მეთოდი არ აძლევდა სასურველ სიზუსტეს, რადგან ის შეიცავდა ჰიპოთეტურ ვარაუდებს, რომლებიც ექსპერიმენტატორის კონტროლის მიღმა იყო.

"როდესაც გავაცნობიერე, რომ წვეთების აორთქლების სიჩქარე უცნობი რჩებოდა, მე შევეცადე გამომემუშავებინა მეთოდი, რომელიც მთლიანად აღმოფხვრა ამ გაურკვეველ მნიშვნელობას. ჩემი გეგმა ასეთი იყო. წინა ექსპერიმენტებში ელექტრულ ველს შეეძლო მხოლოდ ოდნავ გაზარდოს ან შეამციროს სიჩქარე. ღრუბლის მწვერვალის დაცემა გრავიტაციის გავლენის ქვეშ. ახლა "მინდოდა იმ ველის გაძლიერება, რომ ღრუბლის ზედა ზედაპირი მუდმივ სიმაღლეზე დარჩენილიყო. ამ შემთხვევაში შესაძლებელი გახდა აორთქლების სიჩქარის ზუსტად დადგენა. ღრუბელი და გავითვალისწინოთ იგი გამოთვლებში“. ამ იდეის განსახორციელებლად მილიკანმა დააპროექტა მცირე ზომის მრავალჯერადი დატენვის ბატარეა, რომელიც აწარმოებდა ძაბვას 104 ვ-მდე (იმ დროისთვის ეს იყო გამორჩეული მიღწევა ექსპერიმენტატორის მიერ). მას უნდა შეექმნა საკმარისად ძლიერი ველი, რომ ღრუბელი შეჩერებულიყო, როგორც „მუჰამედის კუბო“.

"როდესაც ყველაფერი მზად მქონდა", - ამბობს მილიკანი, "და როდესაც ღრუბელი ჩამოყალიბდა, გადამრთველი ჩავრთე და ღრუბელი ელექტრულ ველში იყო და იმ მომენტში ის ჩემს თვალწინ დნება, სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, არცთუ პატარა ნაჭერი. დარჩა მთელი ღრუბლისგან, რომლის დაკვირვებაც შეიძლებოდა საკონტროლო ოპტიკური ინსტრუმენტის გამოყენებით, როგორც ამას უილსონმა და მე ვაპირებდი. როგორც თავიდან მომეჩვენა, ღრუბლის გაქრობა უკვალოდ ელექტრულ ველში ზედა და ქვედა ფირფიტები იმას ნიშნავდა, რომ ექსპერიმენტი უშედეგოდ დასრულდა..."

თუმცა, როგორც ხშირად ხდებოდა მეცნიერების ისტორიაში, წარუმატებლობამ წარმოშვა ახალი იდეა. ამან გამოიწვია ცნობილი ვარდნის მეთოდი. ”განმეორებითმა ექსპერიმენტებმა,” წერს მილიკანმა, ”აჩვენა, რომ ღრუბლის გაფანტვის შემდეგ მძლავრ ელექტრულ ველში, რამდენიმე ინდივიდუალური წყლის წვეთი შეიძლება გამოირჩეოდეს მის ადგილას” (ხაზგასმა დამატებულია - V.D.).

„წარუმატებელმა“ ექსპერიმენტმა გამოიწვია ცალკეული წვეთების წონასწორობაში შენარჩუნებისა და მათზე საკმაოდ დიდი ხნის განმავლობაში დაკვირვების შესაძლებლობის აღმოჩენა.

7 ან 8 წუთის შემდეგ ღრუბელი იფანტება და მცირე რაოდენობის წვეთები რჩება ხედვის ველში, რომლის მუხტი შეესაბამება ძალთა აღნიშნულ ბალანსს.

მილიკანმა შენიშნა ეს წვეთები, როგორც მკაფიო ნათელი წერტილები. „ამ წვეთების ისტორია ჩვეულებრივ ასე მიდის“, წერს ის. „მიზიდულობის უმნიშვნელო დომინირების შემთხვევაში ველის ძალაზე ისინი იწყებენ ნელა ვარდნას, მაგრამ რადგან თანდათან აორთქლდებიან, მათი დაღმავალი მოძრაობა მალე ჩერდება და ისინი. რჩებიან უმოძრაო საკმაოდ დიდი ხნის განმავლობაში. "შემდეგ ველი იწყებს დომინირებას და წვეთები ნელ-ნელა აწევას. მათი სიცოცხლის ბოლოს თეფშებს შორის სივრცეში ეს ზევით მოძრაობა ძალიან აჩქარდება და ისინი იზიდავენ დიდი სიჩქარით. ზედა თეფშამდე“.

ბატარეის B-დან კონდენსატორის ფირფიტებს მიეწოდებოდა 104 ვ ძაბვა.გამრთველის გამოყენებით შესაძლებელი იყო ფირფიტების მოკლე შეერთება და ამით ელექტრული ველის განადგურება.

სპეციალური მოწყობილობის გამოყენებით, დგუშის დაწევამ გაზარდა გაზი. გაფართოებიდან 1-2 წმ-ის შემდეგ რადიუმი ამოიღეს ან დაიფარა ტყვიის ეკრანით. შემდეგ ელექტრული ველი ჩართო და ტელესკოპით წვეთებზე დაკვირვება დაიწყო.

მილს ჰქონდა სასწორი, რომლითაც შესაძლებელი იყო წვეთით გავლილი ბილიკის დათვლა გარკვეული პერიოდის განმავლობაში. დრო იწერებოდა ზუსტი საათის გამოყენებით საკეტით.

"შეჩერებულ წვეთებზე მუშაობისას, - წერს მილიკანი, - რამდენჯერმე დამავიწყდა მათი დაცვა რადიუმის სხივებისგან. შემდეგ შევამჩნიე, რომ დროდადრო ერთ-ერთი წვეთი მოულოდნელად იცვლიდა მუხტს და იწყებს მოძრაობას მინდვრის გასწვრივ ან ამის საწინააღმდეგოდ, როგორც ჩანს, პირველ შემთხვევაში იჭერდა პოზიტიურ იონს, ხოლო მეორე შემთხვევაში უარყოფით იონს. ამან გახსნა შესაძლებლობა დარწმუნებით გავზომოთ არა მხოლოდ ცალკეული წვეთების მუხტები, როგორც ამას აქამდე ვაკეთებდი, არამედ მუხტიც. ცალკეული ატმოსფერული იონის.

ფაქტობრივად, ერთი და იგივე წვეთი სიჩქარის ორჯერ გაზომვით, ერთხელ იონის დაჭერამდე და ერთხელ, აშკარად შემეძლო მთლიანად გამოვრიცხო ვარდნის თვისებები და გარემოს თვისებები და ვიმოქმედო მხოლოდ მუხტის პროპორციული მნიშვნელობით. დატყვევებული იონის“.

თუ წვეთი დაეცა კონდენსატორის ფირფიტებს შორის გრავიტაციის გავლენის ქვეშ მხოლოდ v 1 სიჩქარით, მაშინ

როდესაც ჩართულია გრავიტაციის წინააღმდეგ მიმართული ველი, მოქმედი ძალა იქნება სხვაობა qE = მგ, სადაც q არის ვარდნის მუხტი, E არის ველის სიძლიერის მოდული.

ვარდნის სიჩქარე ტოლი იქნება:

v 2 = k (qE - მგ) (2)

თუ ტოლობას (1) გავყოფთ (2-ზე), მივიღებთ

დაე, წვეთმა დაიჭიროს იონი და მისი მუხტი ტოლი იყოს q′ და მოძრაობის სიჩქარე v 2′. ამ ხაფანგში მოთავსებული იონის მუხტს აღვნიშნავთ e-ით, შემდეგ e = q′ - q.

(3) გამოყენებით, ჩვენ ვიღებთ

მნიშვნელობა მუდმივია მოცემული წვეთისთვის.

შესაბამისად, წვეთი დაჭერილი ნებისმიერი მუხტი იქნება სიჩქარის სხვაობის პროპორციული (v′ 2 -v 2), სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, პროპორციული ვარდნის სიჩქარის ცვლილების პროპორციული იონის დაჭერის გამო!

ამრიგად, ელემენტარული მუხტის გაზომვა შემცირდა წვეთით გავლილი ბილიკის გაზომვამდე და ამ ბილიკის გავლის დროის გაზომვამდე.

მრავალრიცხოვანმა დაკვირვებამ აჩვენა ფორმულის (4) მართებულობა. აღმოჩნდა, რომ e-ს მნიშვნელობა მხოლოდ ნახტომებში შეიძლება შეიცვალოს! ყოველთვის შეინიშნება მუხტები e, 2e, 3e, 4e და ა.შ.

”ხშირ შემთხვევაში, - წერს მილიკანი, - წვეთი დაფიქსირდა ხუთი ან ექვსი საათის განმავლობაში და ამ დროის განმავლობაში მან დაიპყრო არა რვა ან ათი იონი, არამედ ასობით მათგანი. საერთო ჯამში, მე დავაკვირდი ათასობით იონის დაჭერას ამ გზით, და ყველა შემთხვევაში, დაჭერილი მუხტი... იყო ზუსტად ტოლი ყველა დაჭერილი მუხტის უმცირესთან, ან ტოლი იყო ამ მნიშვნელობის მცირე მთელი რიცხვის ჯერადად. ეს არის პირდაპირი და უტყუარი მტკიცებულება იმისა, რომ ელექტრონი ეს არ არის „სტატისტიკური საშუალო“, არამედ ის, რომ იონების ყველა ელექტრული მუხტი ან ზუსტად უდრის ელექტრონის მუხტს, ან წარმოადგენს ამ მუხტის მცირე მთელ რიცხვებს“.

მილიკანის მეთოდმა შესაძლებელი გახადა ამ კითხვაზე ცალსახა პასუხის გაცემა.

პირველ ექსპერიმენტებში მუხტები შეიქმნა ნეიტრალური აირის მოლეკულების იონიზაციით რადიოაქტიური გამოსხივების ნაკადით. გაზომეს წვეთებით დაჭერილი იონების მუხტი.

მილიკანი შესხურების შემდეგ „აწონის“ წვეთებს და ზომავს მუხტებს ზემოთ აღწერილი წესით. გამოცდილება ცხადყოფს ელექტრული მუხტის იგივე დისკრეტულობას.

1913 წელს მილიკანმა შეაჯამა მრავალი ექსპერიმენტის შედეგები და მისცა შემდეგი მნიშვნელობა ელემენტარული მუხტისთვის: e = 4,774·10 -10 ერთეული. SGSE გადასახადი.

ასე ჩამოყალიბდა თანამედროვე ფიზიკის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მუდმივი. ელექტრული მუხტის განსაზღვრა გახდა მარტივი არითმეტიკული პრობლემა.

ელექტრონის ვიზუალიზაცია. ელექტრონის რეალობის იდეის განმტკიცებაში მთავარი როლი ითამაშა G.A. Wilson-ის აღმოჩენამ წყლის ორთქლის კონდენსაციის ზემოქმედების იონებზე, რამაც გამოიწვია ნაწილაკების კვალის გადაღების შესაძლებლობა.

შემდეგ კომპტონმა აჩვენა α-ნაწილაკების ბილიკის ფოტო, რომლის გვერდით იყო თითის ანაბეჭდი. "იცი ეს რა არის?" - ჰკითხა კომპტონმა. - თითი, - უპასუხა მსმენელმა. - ამ შემთხვევაში, - თქვა კომპტონმა საზეიმოდ, - ეს მანათობელი ზოლი არის ნაწილაკი.

ელექტრონული ტრასების ფოტოები არა მხოლოდ ელექტრონების რეალობას მოწმობდა. მათ დაადასტურეს ელექტრონების მცირე ზომის ვარაუდი და შესაძლებელი გახადეს თეორიული გამოთვლების შედეგების შედარება, რომელიც მოიცავდა ელექტრონების რადიუსს, ექსპერიმენტთან. ექსპერიმენტებმა, რომლებიც დაიწყო ლენარდის მიერ კათოდური სხივების შეღწევადობის შესწავლით, აჩვენა, რომ რადიოაქტიური ნივთიერებების მიერ გამოსხივებული ძალიან სწრაფი ელექტრონები აწარმოებენ ბილიკებს გაზში სწორი ხაზების სახით. ბილიკის სიგრძე ელექტრონის ენერგიის პროპორციულია. მაღალენერგეტიკული α-ნაწილაკების ბილიკების ფოტოები აჩვენებს, რომ ტრასები შედგება წერტილების დიდი რაოდენობით. თითოეული წერტილი არის წყლის წვეთი, რომელიც ჩნდება იონზე, რომელიც წარმოიქმნება ელექტრონის ატომთან შეჯახების შედეგად. ატომის ზომისა და მისი კონცენტრაციის ცოდნა, შეგვიძლია გამოვთვალოთ ატომების რაოდენობა, რომლებშიც α ნაწილაკმა უნდა გაიაროს მოცემულ მანძილზე. მარტივი გამოთვლა აჩვენებს, რომ ალფა ნაწილაკმა უნდა იმოგზაუროს დაახლოებით 300 ატომამდე, სანამ ის შეხვდება ერთ-ერთ ელექტრონს, რომელიც ქმნის ატომის გარსს გზაზე და წარმოქმნის იონიზაციას.

გაფანტვის თეორიიდან შეიძლება მივიღოთ მონაცემები გადახრის კუთხეების შესაფასებლად, როგორც ელექტრონული ენერგიის ფუნქცია. ეს მონაცემები კარგად არის დადასტურებული რეალური ტრეკების ანალიზით. თეორიასა და ექსპერიმენტს შორის შეთანხმებამ გააძლიერა ელექტრონის, როგორც მატერიის უმცირესი ნაწილაკის იდეა.

ელემენტარული ელექტრული მუხტის გაზომვამ გახსნა მთელი რიგი მნიშვნელოვანი ფიზიკური მუდმივების ზუსტად განსაზღვრის შესაძლებლობა.

e-ს მნიშვნელობის ცოდნა ავტომატურად იძლევა საშუალებას დადგინდეს ფუნდამენტური მუდმივის - ავოგადროს მუდმივის მნიშვნელობა. მილიკანის ექსპერიმენტებამდე არსებობდა ავოგადროს მუდმივობის მხოლოდ უხეში შეფასებები, რომლებიც მოცემულია აირების კინეტიკური თეორიით. ეს შეფასებები ეფუძნებოდა ჰაერის მოლეკულის საშუალო რადიუსის გამოთვლებს და მერყეობდა საკმაოდ ფართო დიაპაზონში 2·10 23-დან 20·10 23 1/მოლ-მდე.

თუ დეპონირებული ნივთიერების მასა უდრის ერთ მოლს, მაშინ Q = F არის ფარადეის მუდმივი და F = N 0 e, საიდანაც N 0 = F/e. ცხადია, ავოგადროს მუდმივის განსაზღვრის სიზუსტე განისაზღვრება იმ სიზუსტით, რომლითაც იზომება ელექტრონის მუხტი.

პრაქტიკა მოითხოვდა ფუნდამენტური მუდმივების განსაზღვრის სიზუსტის გაზრდას და ეს იყო ერთ-ერთი სტიმული ელექტრული მუხტის კვანტური გაზომვის ტექნიკის გასაგრძელებლად. ეს სამუშაო, რომელიც ახლა წმინდა მეტროლოგიურ ხასიათს ატარებს, დღემდე გრძელდება.

ყველაზე ზუსტი მნიშვნელობები ამჟამად არის:

e = (4,8029±0,0005) 10 -10 ერთეული. SGSE გადასახადი;

N 0 = (6.0230±0.0005) 10 23 1/მოლ.

იცის N 0, შესაძლებელია გაზის მოლეკულების რაოდენობის დადგენა 1 სმ 3-ში, ვინაიდან 1 მოლი აირის მიერ დაკავებული მოცულობა უკვე ცნობილი მუდმივი მნიშვნელობაა.

1 სმ 3-ში გაზის მოლეკულების რაოდენობის ცოდნამ შესაძლებელი გახადა მოლეკულის თერმული მოძრაობის საშუალო კინეტიკური ენერგიის დადგენა.

დაბოლოს, ელექტრონის მუხტიდან შეიძლება განისაზღვროს პლანკის მუდმივა და სტეფან-ბოლცმანის მუდმივი თერმული გამოსხივების კანონში.

პარშინა ანა, სევალნიკოვი ალექსეი, ლუზიანინი რომანი.

სამუშაოს მიზანი: ისწავლოს ელექტროლიზით ელემენტარული მუხტის მნიშვნელობის განსაზღვრა;სწავლა მუხტის განსაზღვრის მეთოდებიელექტრონი.

აღჭურვილობა: ცილინდრული ჭურჭელი სპილენძის სულფატის ხსნარით, ნათურა, ელექტროდები, სასწორები, ამპერმეტრი, მუდმივი ძაბვის წყარო, რეოსტატი, საათი, გასაღები, დამაკავშირებელი მავთულები.

ჩამოტვირთვა:

გადახედვა:

პრეზენტაციის გადახედვის გამოსაყენებლად შექმენით Google ანგარიში და შედით მასში: https://accounts.google.com

სლაიდის წარწერები:

ლაბორატორიული სამუშაო ელექტროლიზით ელემენტარული მუხტის განსაზღვრა შესრულებულია ჩუჩკოვსკაიას მე-10 კლასის საშუალო სკოლის მოსწავლეების მიერ: ანა პარშინა, ალექსეი სევალნიკოვი, რომან ლუზიანინი. ხელმძღვანელი: ფიზიკის მასწავლებელი ჩეკალინა O.Yu.

სამუშაოს მიზანი: ვისწავლოთ ელექტროლიზით ელემენტარული მუხტის მნიშვნელობის განსაზღვრა; ელექტრონის მუხტის განსაზღვრის კვლევის მეთოდები. აღჭურვილობა: ცილინდრული ჭურჭელი სპილენძის სულფატის ხსნარით, ნათურა, ელექტროდები, სასწორები, ამპერმეტრი, მუდმივი ძაბვის წყარო, რეოსტატი, საათი, გასაღები, დამაკავშირებელი მავთულები.

ჩვენ შევკრიბეთ ჯაჭვი: სამუშაო პროგრესი:

ჩვენი მუშაობის შედეგი

ჩვენ ვისწავლეთ, როგორ განვსაზღვროთ ელემენტარული მუხტის მნიშვნელობა ელექტროლიზის გამოყენებით და შევისწავლეთ ელექტრონის მუხტის განსაზღვრის მეთოდები. დასკვნა:

V. Ya. Bryusov "ელექტრონის სამყარო" ალბათ ეს ელექტრონები არის სამყაროები, სადაც არის ხუთი კონტინენტი, ხელოვნება, ცოდნა, ომები, ტახტები და ორმოცი საუკუნის მეხსიერება! ასევე, შესაძლოა, თითოეული ატომი არის სამყარო ასი პლანეტით; ყველაფერი, რაც აქ არის, არის იქ, შეკუმშული მოცულობით, მაგრამ ასევე ის, რაც აქ არ არის. მათი ზომები მცირეა, მაგრამ მათი უსასრულობა ისევ ისეთივეა, როგორც აქ; არის მწუხარება და ვნება, ისევე როგორც აქ და იქაც იგივე ამქვეყნიური ამპარტავნებაა. მათმა ბრძენებმა, რომლებმაც თავიანთი უსაზღვრო სამყარო არსებობის ცენტრში მოათავსეს, იჩქარეს შეაღწიონ საიდუმლოების ნაპერწკლებში და იფიქრონ, როგორც მე ახლა; და იმ მომენტში, როდესაც ახალი ძალების დინება იქმნება განადგურებისგან, ისინი ყვირიან, თვითჰიპნოზის ოცნებებში, რომ ღმერთმა ჩააქრო თავისი ჩირაღდანი!