Inerti af en elektron: Tolman - Stuart og Mandelstam - Papaleksi eksperimenter

Eksperimenter for at finde svaret på spørgsmålet om, hvorvidt elektroner har en inert masse, blev udført af forskere lige i begyndelsen af ​​det 20. århundrede. Disse eksperimenter hjalp det tids videnskabelige samfund med at etablere sig i at acceptere det faktum, at den elektriske strøm i metaller dannes nøjagtigt af negativt ladede partikler - elektroner snarere end positivt ladede ioner, som man kunne antage.

Det første kvalitative eksperiment, der illustrerede, at de ladede partikler, der danner den elektriske strøm i metaller nøjagtigt besidder masse, blev udført af forskere (dengang det russiske imperium) Leonid Isaakovich Mandelstam og Nikolai Dmitrievich Papaleksi, dette fandt sted i 1913.

Tre år senere, i 1916, blev der udført et mere præcist eksperiment af de amerikanske fysikere Richard Tolman og Thomas Stewart, der i deres arbejde ikke kun viste, at elektronet har en masse i et metal, men også målte det nøjagtigt ved en indirekte metode ved hjælp af et galvanometer.

For at forstå princippet i disse tidlige eksperimenter, forestil dig en sporvogn, som passagerer rejser på arbejde tidligt om morgenen. Her var trikken spredt som den skulle, og foran den løber en spredt fodgænger lige ud på vejen.

Sporvognschaufføren, der ønsker at redde den fattige fyrs liv, presser skarpt på bremserne - passagerer i kupeen blæses øjeblikkeligt væk af hele mængden. Og det sprænger dem med inerti, fordi hver passager har en masse. Og de passagerer, der var tættest på tramkabinen, rammer smerteligt på væggen.

Mandelstam og Papaleksi tænkte på omtrent samme måde. De tog en trådspole, udstyret med glidekontakter, og dens konklusioner blev isoleret fra sagen, og tilsluttede en højttaler (øretelefon) til glidekontakterne. De afvikler spolen til højre - pludseligt stoppet - et klik lød dynamisk.

Drej til venstre - skarpt bremset - klik igen i dynamik. Konklusion: I øjeblikket, hvor spolen stoppes, passerer en strømpuls gennem dens ledning, hvilket vises på grund af det faktum, at elektronerne på tidspunktet for bremsning af spolen kasseres til kanten af ​​tråden, som passagerer i en sporvogn.

Og inertiens kraft her spiller rollen som en ekstern kraft, der skaber det, der kan måles som EMF. Denne konklusion tillader naturligvis ikke forskere at genkende tegn på ladningsbærere og på en eller anden måde unikt identificere dem, men eksperimentet fra Mandelstam og Papaleksi viste tydeligt, at strømmen i metaller holder vej gennem krystalgitteret, hvilket betyder, at det er forbundet med det frie opladningsfirmaer.

Tolman og Stuart besluttede at gå lidt længere. De viklede også spolen, kun trådens længde blev målt nøjagtigt lig med 500 meter og begyndte at slappe af den. Den blev afviklet, indtil en lineær hastighed på nøjagtigt 500 m / s blev nået for at kende forholdet mellem den opnåede emf og acceleration.

Allerede ikke en højttaler, men en mere informativ enhed, et galvanometer, var forbundet til spolens glideklemmer. Ved afslutningen af ​​eksperimentet integrerede forskerne den fremmede kraft langs hele spirallederens længde og opnåede et udtryk for EMF skabt af den udvendige inerti kraft, når hastigheden ændres til nul.

Den samlede ladning, der løb gennem lederen, kunne beregnes i henhold til Ohms lov under hensyntagen til spoletrådens modstand. Så ved at kende trådens hastighed inden bremsning, ledningens længde, dens modstand, rotationsretning, bremsetid, størrelse og emf's tegn, kan du finde tegn og størrelse på den specifikke ladning, som blev udført af Stuart og Tolman.

I dag virker det ikke længere mærkeligt for nogen, at forholdet mellem elektronladning og masse målt af Stuart og Tolman faldt sammen med det, der blev opnået for næsten 20 år siden, i 1897 af J.J. Thomson, den specifikke ladning af partiklerne, der udgør katodestrålene. Vi ved nu sandsynligvis, at både katodestrålene og strømmen i metaller dannes af de samme negativt ladede elementære partikler - elektroner.