Атомна структура електрики. Досліди Йоффе, Міллікена


ФІЗИКА

Частина 3 ЕЛЕКТРИКА І МАГНЕТИЗМ

Розділ 8 ЕЛЕКТРИКА

8.11. Атомна структура електрики. Досліди Йоффе, Міллікена

Досліди А. Ф. Йоффе, виконані 1912 р., присвячені встановленню атомної структури електрики. Негативно заряджена металева пилинка вміщувалась між пластинами конденсатора, напруженість поля якого добиралась такою, щоб пилинка перебувала в рівновазі, тобто qЕ = mg. Після цього пилинку освітлювали ультрафіолетовим світлом. Унаслідок фотоефекту негативний заряд пилинки поступово зменшувався і для збереження рівноваги в конденсаторі доводилось відповідно змінювати напруженість електричного поля:

Атомна структура електрики. Досліди Йоффе, Міллікена

Звідки

Атомна структура електрики. Досліди Йоффе, Міллікена

Виявилося, що заряд пилинки може набирати лише дискретних значень.

Атомна структура електрики. Досліди Йоффе, Міллікена

Рис. 8.7

У 1909-1914 рр. американський фізик Р. Міллікен провів досліди, на підставі яких не лише встановив атомність електрики, що доводилося дослідами

Йоффе, а й визначив значення елементарного електричного заряду. Схему установки Р. Міллікена зображено на рис. 8.7, а.

Основною частиною приладу є плоский конденсатор, пластини якого під’єднуються до джерела напруги в кілька тисяч вольтів. Напругу між пластинами конденсатора можна змінювати і точно вимірювати. Р. Міллікен спостерігав рух дрібних електрично заряджених краплин. За допомогою спеціального пульверизаторам! дрібні краплини масла вдувались у досліджувальну камеру, де вони падали на дно. Багато з цих краплин унаслідок тертя в пульверизаторі виявлялися зарядженими. Деякі з них, падаючи, попадали в отвір О і крізь нього – в електричне поле конденсатора. Тут рух краплин можна було спостерігати через невелике віконце за допомогою короткофокусної труби (окуляра).

Розглянемо спочатку випадок, коли електричного поля в конденсаторі немає. Тоді на краплину, що рухається з малою швидкістю у в’язкому середовищі, крім сили тяжіння F1 і виштовхувальної сили F2, яка визначається за законом Архімеда, діятиме сила тертя F3. У разі сферичної краплини силу тертя можна визначити за законом Стокса:

Атомна структура електрики. Досліди Йоффе, Міллікена

Де r – радіус краплини; υ – швидкість її руху; η – коефіцієнт в’язкості середовища. Напрям сил F1,F2,F3 зображено на рис. 8.7, б. Збільшення швидкості руху краплини и приводить до зростання сили F3, і в деякий момент часу рівнодійна сил, що діють на краплину, дорівнюватиме нулю, тобто F1 = F2 + F3. Починаючи з цього моменту часу краплина рухатиметься рівномірно. Оскільки Атомна структура електрики. Досліди Йоффе, Міллікена(ρ – густина масла) і Атомна структура електрики. Досліди Йоффе, Міллікена (ρ – густина середовища), то

Атомна структура електрики. Досліди Йоффе, Міллікена

Вимірявши швидкість рівномірного падіння краплини і знаючи характеристики середовища ρ0, η та речовини краплини ρ, неважко визначити радіус краплини:

Атомна структура електрики. Досліди Йоффе, Міллікена

Якщо тепер між пластинами конденсатора створити поле напруженістю Е = Атомна структура електрики. Досліди Йоффе, Міллікена, напрямлене так, що воно сповільнює рух краплини, то на неї з боку поля діятиме додаткова сила

F4 (її напрям показано на рис. 8.7, в):

Атомна структура електрики. Досліди Йоффе, Міллікена

Де q – заряд краплини; U – різниця потенціалів на пластинах конденсатора; d – відстань між ними. Тоді у разі рівноваги сил, що діють на краплину,

Атомна структура електрики. Досліди Йоффе, Міллікена

У рівнянні (8.73) всі величини або задано (η, ρ, ρ0, U, d), або визначено під час експерименту (υ1, r), тому можна визначити електричний заряд краплини:

Атомна структура електрики. Досліди Йоффе, Міллікена

Так Р. Міллікен обчислив заряд краплин для численних випадків. Потім він знайшов довільні різниці між електричними зарядами, які несли на собі краплини масла:

Атомна структура електрики. Досліди Йоффе, Міллікена

Цими розрахунками він установив, що серед усіх численних різниць між зарядами краплин не було меншої від заряду електрона, вони, були кратні заряду електрона або дорівнювали йому. Таким чином було доведено атомну структуру електрики і наявність елементарного електричного заряду, що дорівнює заряду електрона: е = 1,6 ∙ 10-19 Кл. Отже, заряд електрона є атомом електрики, а не середньостатистичною величиною. Цим також було спростовано гіпотезу про існування субелектронів – частинок, що мають заряд у десятки, сотні й навіть тисячі разів менший, ніж заряд електрона.

Тепер у зв’язку з вивченням структури елементарних частинок висловлено гіпотезу про існування так званих кварків і допускається існування електричних зарядів, менших від заряду електрона (див. підрозділ 18.8).



1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (No Ratings Yet)
Loading...


Схеми прямої мови.
Ви зараз читаєте: Атомна структура електрики. Досліди Йоффе, Міллікена