Катодные лучи. Открытие электрона. Экспериментальное определение удельного заряда электрона. АФ1.2

1.

1.2. Катодные лучи. Открытие электрона. Экспериментальное
определение удельного заряда электрона.
Опыты по протеканию тока в газах
Газовый разряд
При атмосферном давлении – искровой, при пониженном давлении –
уменьшается порог зажигания и меняется характер, газ светится (тлеющий
разряд)
При понижении давления ниже 0.01 Торр порог опять возрастает. Разряд
распадается на области («страты»). «Фарадеево темное пространство» у
катода
При дальнейшем уменьшении давления (<10-4 Торр) свечение газа
исчезает, но начинают светиться стенки трубки (Гиттфорд, 1860).
«Катодные лучи»
Простейшая
газоразрядная трубка
1

2.

Опыты Крукса (1879).
Катодные лучи:
• отбрасывают тень;
• исходят от катода;
• вызывают свечение алмазов и рубинов;
• механическое действие («мельница Крукса»);
• нагревают объекты;
• отклоняются магнитным полем;
• отталкиваются друг от друга.
Поток частиц (молекул?) или колебания эфира?
Уильям Крукс (William Crookes),
1832-1919,
рисунок Л. Уорда, 1902
2

3.

Г. Герц и Ф. Ленард:
Катодные лучи:
• не отклоняются электрическим полем
(ошибка!);
• проходят через металлические фольги
(значит, это не молекулы);
• могут быть выведены из разрядной трубки в
воздух (не связаны непосредственно с
разрядом);
• распространяются в атмосферном воздухе на
расстояния до 8 см (длина пробега молекул в
воздухе гораздо меньше, значит, это точно не
молекулы).
Колебания эфира (Ленард)?
3

4.

Опыты Дж. Дж. Томсона (1897 г.)
позволили установить, что
катодные лучи представляют
собой поток неизвестных ранее
частиц (электронов), и определить
для них величину удельного
заряда e/m.
В одном из этих опытов
использовался прибор такой
конструкции:
Джозеф Джон Томсон
(1856-1940)
4

5.

газоразрядная трубка;
узкий поток катодных лучей формируется диафрагмами;
маленькое светящееся пятно на стеклянном экране;
область «скрещенных» электрического E и магнитного B полей
создавалась конденсатором и электромагнитом;
низкое давление (!) – иначе электрическое поле «не работает».
В отсутствие магнитного поля катодные лучи отклонялись в сторону
положительной пластины конденсатора они переносятся отрицательно
заряженными частицами.
Можно попробовать определить их свойства: q и m .
5

6.

Оценим ожидаемое смещение пятна Y для частицы с параметрами q, m.
Оси x и y – горизонтально и вертикально в плоскости рисунка.
l – длина обкладок конденсатора; L – расстояние от конденсатора до экрана.
При выключенном магнитном поле (и включенном электрическом) в
пределах конденсатора на частицу действует вертикально направленная
сила qE. Горизонтальная проекция ее скорости vx не изменяется. Движение
в вертикальном направлении описывается уравнением: