В статьях я много раз отмечал, что как таковой электрон никто "глазами не видел и руками не щупал". Все способы его обнаружения только лишь косвенные. А как физики вообще пришли к тому, что электрон существует как таковой? Давайте проследим путь открытия электрона. Ведь это одна из самых интригующих и интересных частичек в физике.
Интересно отметить, что на заре развития в гипотезах и теориях электрон обозначался как "электрический атом". Такое название подразумевало, что ток должен состоять из частиц.
В 1700-х и начале 1800-х годов физики использовали вакуумный насос, изобретенный Отто фон Герике в 1690 году, для снижения давления в стеклянных трубках, снабженных электродами, позволяющими электричеству проходить через трубки.
В 1838 году Майкл Фарадей пропустил электрический ток через такую трубку и заметил странный свет в форме дуги, начинающийся у катода (отрицательный электрод) и заканчивающийся почти у анода (положительный электрод).
Когда Генриху Гейсслеру удалось снизить давление воздуха примерно до 1/1000 атмосферы, он обнаружил, что трубка наполнена светом, как неоновые лампы, используемые сегодня.
К 1870-м годам Уильям Крукс смог снизить давление до 1/1 000 000 атмосферы. По мере снижения давления свечение постепенно исчезало. Вместо этого стекло возле анода начало светиться. Без воздуха, препятствующего их прохождению, лучи того или иного вида могли перемещаться от катода к аноду.
На анодном конце они двигались так быстро, что заставляли стекло светиться или флуоресцировать. Покрытие стекла сульфидом цинка сделало свечение ярче.
Можно показать, что таинственные невидимые лучи движутся по прямым линиям, поместив в трубку металлические предметы и обнаружив, что они отбрасывают резкие тени на анод. Поскольку лучи исходили от катода, их называли катодными лучами.
Современные вакуумные камеры используются в лабораториях для изучения атомов, молекул, ядер и электронов. Отто фон Герике изобрел вакуумный насос в 1690 году, чтобы помочь ему изучать электричество в вакууме, и с тех пор вакуум использовался для изучения таких вещей, как катодные лучи и электроны.
Джозеф Джон Томсон провел три эксперимента с трубками Крукса, которые показали природу катодных лучей. В его первом эксперименте использовался электрод на одной стороне трубки, вне прямого пути, который был подключен к электрометру, который мог обнаруживать электрический заряд. Томсон мог отклонять путь лучей с помощью магнита и следить за ним, наблюдая флуоресцентное свечение на поверхности трубки.
Он обнаружил, что электрометр показывал отрицательный заряд, но только тогда, когда лучи отклонялись к его выводу. Таким образом он показал, что лучи состоят из пучка отрицательных частиц.
Затем, используя трубку с максимально возможным вакуумом, Томсон исследовал влияние электрического поля на лучи. Он добавил к трубке две параллельные металлические пластины, подключил к пластинам батарею и обнаружил, что лучи притягиваются к положительной пластине и от отрицательной.
В своем третьем и самом важном эксперименте, проведенном в 1897 году, он объединил отклонение электрического поля с отклонением магнитного поля. При этом он смог вычислить отношение массы к заряду частиц. Он обнаружил, что это соотношение в 1800 раз ниже, чем у положительно заряженного иона водорода. Таким образом, частицы должны быть либо очень легкими, либо очень сильно заряженными. Позже он показал, что они имеют тот же заряд, что и ион водорода, и поэтому очень легкие. Дальнейшие эксперименты показали, что частицы обладали одинаковыми свойствами независимо от того, какой металл использовался для катода, был ли катод холодным или раскаленным. За свою работу Томсон был удостоен Нобелевской премии в 1906.
Заряд электрона был измерен в 1909 году американским физиком Робертом Эндрюсом Милликеном. До экспериментов Милликена некоторые физики утверждали, что результаты Томсона могут означать, что электроны имеют среднее отношение массы к заряду, полученное в его экспериментах, но что они могут иметь различные массы и заряды. Но Милликен показал, что все электроны имеют одинаковый заряд и, следовательно, одинаковую массу.
---
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи! Обновления каждый день!
