Открытие электронов

Опубликовано 16-01-2012

10

Обсуждаем открытие электронов (и его обоснование).

Вот, как я себе это представляю:
1. Дж.Томсон использовал катодные лучи.
2. Катод = электрод.
3. Электрод = проводник для связи одного участка электрической цепи с другим.
4. В катодной трубке было низкое давление. +Высокое напряжение. В сумме это давало катодные лучи. (Почему? Этого не объясняют)
5. Далее катодные лучи проектировались на люминесцентный экран.
6. Эти лучи выглядели как пятна.
7. Эти пятна на экране можно было отклонять с помощью электрического и магнитного полей.
8. как же Томсон догадался, что это отрицательно заряженные частицы? Если их можно было отклонять с помощью электромагнитного поля, значит они были иной с ним природы? Но как же тогда, электромагнитное взаимодействие между электронами и атомным ядром?

Comments Page

Низкое давление делалось для того, чтобы снизить взаимодействие катодных лучей с молекулами газа.
Электрод является металлом, поэтому имеет свободные электроны. Электроны могут вылететь из металла, если их энергия превысит работу выхода из металла (их называют электронами проводимости). Концентрация электронов проводимости в металле весьма велика; их тепловые скорости при данной температуре различны и распределены, по классическим представлениям, в соответствии с законом Максвелла. Это означает, что даже при средних температурах в металле имеется достаточно большое число электронов проводимости, способных совершить работу выхода и вылететь нафиг из металла. Опыт даёт, что при температуре металла ~10^2 K, термоэлектронная эмиссия становится интенсивной, поэтому вокруг металла возникает элеронное облако. Создадим теперь внешнее электрическое поле. По определению, сила, действующая на электрон: F = e*E. (здесь e – заряд электрона, E – напряжённость поля). Легко записать уравнение движения частицы: m*(dv/dt) = e*E. Таким образом создаётся условие для бомбардировки веществ электронами. При попадании электронов на некоторые вещества, оно начинает светиться. Говорить надо не "Эти лучи выглядели как пятна", а проекции этих лучей.

8.)
Человек, знакомый с силой Лоренца и элементарной физикой уж никак не станет формулировать подобную чепуху :)

Хотел сказать спасибо, но за последний пункт, пожалуй, не буду. К сожалению, я не являюсь человеком, знакомым с силой Лоренца и элементарной физикой. Но я наверстываю упущенное.

Для меня, например, "…Видимо, проблемы с лишнЕм весом гораздо существеннее, нежели проблемы гидродинамики" – тоже не образец орфографии.

> как же Томсон догадался, что это отрицательно заряженные частицы?

по направлению их отклонения магнитным и полем. Опыты с электрическим полем подтвердили заряд частиц. По величине отклонения при данном токе можно определить отношения заряда частицы к ее массе. И получилось в 1000 раз меньше, чем ожидалось. Именно во столько раз (примерно) электрон легче протона.

Это все было проделано еще до Томпсона. Томпсон показал, что катодные лучи состоят из уникальных частиц, отличных от всех известных на тот момент. И то, что отношение заряда к массе не зависит от материала катода (то есть эти частицы – общая составная часть разных химических элементов).

Далее были отрыто бета-излучение, то есть радиоактивный распад ядра с эмиссией электронов. Отношение заряда к массе было аналогичным значению, найденному для катодных лучей. Это подтвердило догадку, что электроны – составная часть химических элементов, а не какие-то частицы, образующиеся в электродах.

> Если их можно было отклонять с помощью электромагнитного поля, значит они были иной с ним природы?

Не понятно, что тут имеется в виду.

> Низкое давление делалось для того, чтобы снизить взаимодействие катодных лучей с молекулами газа.

А также для того, чтобы избежать ионизации газа. В невакуумированой трубке будет формироваться газовый разряд, и она будет светиться.

Спасибо, Сергей! Очень понятно объяснили!

Еркын. "К сожалению, я не являюсь человеком, знакомым с силой Лоренца и элементарной физикой".

Так почему же про это в хороших книжках не почитать? Они бы удовлетворили Ваше любопытство.
Если что-то интересно, сначала штудируют литературу по нужному материалу, а уж потом задают вопросы. А то складывается впечатление, что самому Вам лениво и не интересно, а запостить в тырнет что-то надо, с целью троллинга или народ помурыжить.

Сила Лоренца в общей физике выводится как обобщение опытных фактов. Экспериментально определили силу, действующую на движущийся заряд со стороны магнитного поля:
F1 = q(1/c)[vB], где q – заряд, c – константа, которая может быть выбрана произвольно (целесообразно приписать ей размерность скорости), v – скорость частицы, B – называется вектором индукции магнитного поля. Сила, действующая на заряд со стороны электрического поля: F2 = Еq. Суммарная сила со стороны обеих полей: Fл = F1+F2 = q(1/c)[vB] + Eq = |вынесем q за скобки| = q(E + (1/c)[vB]) — вот она, та самая сила Лоренца. Очевидно, что при E = 0, сила Лоренца принимает вид первого уравнения. Легко убедится, что вектор F1 перпендикулярен как вектору B, так и вектору v, поскольку в правой части первого уравнения стоит умножение скаляра на векторное произведение, а, как Вы должно быть догадываетесь, векторное произведение есть вектор [ab] = |a|*|b|*sin(α)*n, где n – единичный вектор (орт) нормали к плоскости, в которой лежат векторы a и b, причём последовательность a, b, n образует правовинтовую систему.
Найдём теперь уравнение выражающее траекторию заряженной частицы, движущуюся в магнитном поле. Центростремительное ускорение: a = (v^2)/r. Умножив обе части на m, находим
ma = F = m(v^2)/r. Приравняем F1и F, получим: q(1/c)[vB] = m(v^2)/r. Решив это уравнение относительно r, имеем: r = mv/qB. Из этого и равносильного ему предыдущего уравнения явствует, что траекторией заряда, движущегося в магнитном поле, является окружность радиуса r. Сила Лоренца направлена перпендикулярно скорости частицы, поэтому работу не совершает. Её действие сводится лишь к изменению направления скорости частицы.

В теоретической физике сила Лоренца вводиться несколько другим путём, более изящными и "теоретичным". Могу изложить это здесь, однако сомневаюсь, что Вам это будет понятно. Требуется хорошее знание математического анализа, векторного и тензорного анализа.

Теперь касательно знака заряда. Есть так называемое "правило левой руки". Если движется заряд, а магнит покоится, то для определения силы действует правило: "Если левую руку расположить так, чтобы линии индукции магнитного поля входили в ладонь перпендикулярно ей, а четыре пальца были направлены по току (по движению положительно заряженной частицы или против движения отрицательно заряженной), то отставленный на 90 градусов большой палец покажет направление действующей силы Лоренца или Ампера".

Искренне надеюсь, что сила Лоренца больше не является для Вас загадкой.

Спасибо, больше почти не является. Я не троллил – я действительно начал читать книгу – называется она "Химия в действии" одного британского автора. Просто я не могу идти дальше по теме, пока не усвою предыдущую. Автор не все вопросы обсуждает подробно, если есть что посоветовать – в базовом отношении – буду признателен.

Есть прекрасные учебники Ландсберга по элементарной физике. Там во втором томе отлично изложены вопросы электромагнетизма. Найдёте глубокое изложение физической сути элементарных вопросов, в том числе и по силе Лоренца, там она раскрыта в полной мере.
http://www.ph4s.ru/abitur/ph_teor/Landsberg.rar

Вообще, могу дать совет по поводу чтения физмат литературы. Многие считают, что такую лит-ру нужно читать так: пока не усвоишь полностью предыдущий материал, к последующему приступать нельзя. На самом деле физмат лит-ра читается как раз наоборот: читайте "сквозным" чтением, если что-то не поняли – пропускайте – читайте дальше, потом постарайтесь сами додуматься откуда что вытекает, как это связано и как это работает. Если не сможете понять, то прочитайте так же ещё раз, а потом снова хорошенько подумайте. Так сложнее, но эффект достигается очень большой, к тому же это приятно. Ну если что так и не сумели понять, то обращайтесь. Удачи!

Спасибо, Дмитрий! Обязательно прочитаю!

"Многие считают, что такую лит-ру нужно читать так: пока не усвоишь полностью предыдущий материал, к последующему приступать нельзя" – подколол =)