Bir elektronun ataleti: Tolman - Stuart ve Mandelstam - Papaleksi deneyleri

Elektronların inert bir kütleye sahip olup olmadığı sorusunun cevabını bulmak için deneyler 20. yüzyılın başında bilim adamları tarafından gerçekleştirildi. Bu deneyler, o zamanın bilimsel topluluğunun, metallerdeki elektrik akımının, tam olarak negatif yüklü parçacıklar - elektronlar ve tahmin edebileceği gibi pozitif yüklü iyonlar tarafından oluşturulmadığı gerçeğini kabul etmesine yardımcı olmasına yardımcı oldu.

Metallerde elektrik akımını oluşturan yüklü parçacıkların tam olarak kütleye sahip olduğunu gösteren ilk kalitatif deney, bilim adamları (daha sonra Rus İmparatorluğu) Leonid Isaakovich Mandelstam ve Nikolai Dmitrievich Papaleksi tarafından gerçekleştirildi, bu 1913'te gerçekleşti.

Üç yıl sonra, 1916'da, çalışmalarında sadece elektronun bir metalde bir kütleye sahip olduğunu göstermekle kalmayıp, aynı zamanda bir galvanometre kullanarak dolaylı bir yöntemle doğru bir şekilde ölçülen Amerikalı fizikçiler Richard Tolman ve Thomas Stewart tarafından daha doğru bir deney yapıldı.

Bu ilk deneylerin prensibini anlamak için, yolcuların sabah erken saatlerde işe gidecekleri bir tramvay hayal edin. Burada tramvay gerektiği gibi dağıldı ve önünde dağınık bir yaya doğru yolda kaçıyor.

Zavallı adamın hayatını kurtarmak isteyen tramvay sürücüsü, frenlere sert bir şekilde basar - yolcu bölmesindeki yolcular tüm kalabalık tarafından anında havaya uçurulur. Ve onları atalet kuvveti ile havaya uçurur, çünkü her yolcunun bir kütlesi vardır. Ve tramvay kabinine en yakın olan yolcular acıyla duvara çarpacaklar.

Mandelstam ve Papaleksi yaklaşık olarak aynı şekilde düşünüyorlardı. Bir bobin teli aldılar, sonuçlarından kasadan izole edilen kayar kontaklarla donatılmış ve kayar kontaklara bir hoparlör (kulaklık) bağladılar. Bobini sağa doğru çözdüler - aniden durdu - dinamiklerde bir tık sesi duyuldu.

Dinamikte sola bükülmüş - keskin bir şekilde frenlenmiş - tekrar tıklayın. Sonuç: Bobinin durdurulduğu anda, bir tramvaydaki yolcular gibi, bobinin frenlenmesi sırasında elektronların telin kenarına atılmasından dolayı ortaya çıkan bir akım darbesi telinden geçer.

Ve buradaki atalet kuvveti, EMF olarak ölçülebilen şeyi yaratan harici bir kuvvetin rolünü oynar. Bu sonuç, elbette, araştırmacıların yük taşıyıcılarının işaretini tanımasına ve bir şekilde onları benzersiz bir şekilde tanımlamasına izin vermedi, ancak Mandelstam ve Papaleksi'nin deneyi, metallerdeki akımın kristal kafesden yol aldığını açıkça gösterdi; şarj taşıyıcıları.

Tolman ve Stuart biraz daha ilerlemeye karar verdiler. Ayrıca bobini sardılar, sadece telin uzunluğu tam olarak 500 metreye eşit ölçüldü ve gevşemeye başladı. Elde edilen emf ve ivme arasındaki oranı bilmek için tam olarak 500 m / s'lik bir doğrusal hıza ulaşılıncaya kadar bükülmemişti.

Zaten bir hoparlör değil, daha bilgilendirici bir cihaz, bir galvanometre, bobinin kayan terminallerine bağlandı. Deneyin sonunda, araştırmacılar yabancı kuvveti bobin iletkeninin tüm uzunluğu boyunca birleştirdiler ve hız sıfıra değiştiğinde yabancı atalet kuvveti tarafından oluşturulan EMF için bir ifade elde ettiler.

İletken içinden geçen toplam yük, bobin telinin direnci dikkate alınarak Ohm yasasına göre hesaplanabilir. Böylece, frenlemeden önce telin hızını, telin uzunluğunu, direncini, dönüş yönünü, frenleme süresini, emf'in büyüklüğünü ve işaretini bilerek, Stuart ve Tolman tarafından yapılan belirli yükün işaretini ve büyüklüğünü bulabilirsiniz.

Bugün, Stuart ve Tolman tarafından ölçülen elektron yükünün kütleye oranının neredeyse 20 yıl önce, 1897'de J.J. tarafından elde edilene denk gelmesi hiç kimseye garip gelmiyor. Thomson, katot ışınlarını oluşturan parçacıkların özgül yükü. Artık muhtemelen hem katot ışınlarının hem de metallerdeki akımın aynı negatif yüklü temel parçacıklardan - elektronlardan oluştuğunu biliyoruz.