Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

 
 
 

Сайт электрика

Новые статьи

Избранные статьи » Интересные факты

Инерция электрона: эксперименты Толмена–Стюарта и Мандельштама–Папалекси

Эксперименты с целью поиска ответа на вопрос, обладают ли электроны инертной массой, проводились учеными в самом в начале 20 века. Данные опыты помогли научному сообществу того времени утвердиться в принятии факта, что электрический ток в металлах формируется именно отрицательно заряженными частицами - электронами, а не положительно заряженными ионами, как можно было бы предполагать.

Инерция электрона: эксперименты Толмена–Стюарта и Мандельштама–Папалекси

Первый качественный эксперимент, проиллюстрировавший, что, формирующие электрический ток в металлах, заряженные частицы массой точно обладают, провели ученые (тогда еще Российской империи) Леонид Исаакович Мандельштам и Николай Дмитриевич Папалекси, это состоялось в 1913 году.

Три года спустя, в 1916 году, более точный эксперимент провели американские физики Ричард Толмен и Томас Стюарт, которые в своей работе не только показали, что масса у электрона в металле есть, но и достаточно точно измерили ее косвенным методом при помощи гальванометра.

Чтобы понять принцип этих ранних экспериментов, представьте себе трамвай, на котором с утра пораньше на работу едут пассажиры. Вот разогнался трамвай как следует, а перед ним прямо на пути выбегает рассеянный пешеход.

Водитель трамвая, желая спасти бедолаге жизнь, резко жмет на тормоза — пассажиров в салоне мгновенно всей толпой сносит вперед. А сносит их силой инерции, потому что каждый пассажир обладает массой. И тех пассажиров, кто стоял ближе всех к кабине трамвая, больно ударит о стенку.

Прибор для эксперимента

Приблизительно аналогичным образом мыслили и Мандельштам с Папалекси. Они взяли катушку из проволоки, оснастили скользящими контактами ее изолированные от корпуса выводы, а к скользящим контактам подключили динамик (наушник). Раскрутили катушку вправо — резко остановили — в динамике раздался щелчок.

Раскрутили влево — резко затормозили — в динамике снова щелчок. Вывод: в момент остановки катушки - по ее проводу проходит импульс тока, появляющийся из-за того, что электроны в момент торможения катушки оказываются отброшены к краю провода, как пассажиры в трамвае.

А сила инерции здесь играет роль сторонней силы, которая и создает то, что может быть измерено как ЭДС. Это заключение, конечно, не дало исследователям возможности узнать знак носителей заряда и как-то однозначно идентифицировать их, однако эксперимент Мандельштама и Папалекси отчетливо показал, что ток в металлах держит свой путь через кристаллическую решетку, а значит он связан с реально существующими внутри него свободными носителями заряда.

Эксперимент Мандельштама и Папалекси

Толмен и Стюарт решили пойти немного дальше. Они тоже намотали катушку, только длину провода отмерили точно равной 500 метров, и стали ее раскручивать. Раскручивали до достижения линейной скорости точно 500 м/с, чтобы знать соотношение между полученной ЭДС и ускорением.

К скользящим выводам катушки был присоединен уже не динамик, а более информативный прибор - гальванометр. По завершении эксперимента исследователи проинтегрировали стороннюю силу по всей длине проводника катушки, и получили выражение для ЭДС, создаваемой сторонней силой инерции при изменении скорости до нуля.

Выражение для ЭДС, создаваемой сторонней силой инерции при изменении скорости до нуля

Величину полного заряда, который пробежал по проводнику, можно было вычислить по закону Ома, приняв в расчет сопротивление провода катушки. Итак, зная скорость движения провода до торможения, длину провода, его сопротивление, направление вращения, время торможения, величину и знак ЭДС, можно найти знак и величину удельного заряда, что и сделали Стюарт и Толмен.

Зная скорость движения провода до торможения, длину провода, его сопротивление, направление вращения, время торможения, величину и знак ЭДС, можно найти знак и величину удельного заряда

Сегодня уже никому не покажется странным, что измеренное Стюартом и Толменом отношение заряда электрона к его массе совпало с полученным почти 20 лет назад, в 1897 году Дж.Дж. Томсоном, удельным зарядом частиц, из которых состояли катодные лучи. Мы то теперь наверняка знаем, что и катодные лучи, и ток в металлах, образованы из одних и тех же отрицательно заряженных элементарных частиц — электронов.



Поделитесь этой статьей с друзьями:

Вступайте в наши группы в социальных сетях:

ВКонтакте Facebook Одноклассники YouTube Google+

Смотрите также на Электрик Инфо:

  • Куда течет электричество
  • «Всё течёт», или Закон Ома для любознательных
  • Изобретения Дедала: Вибротрамвай
  • Занимательные эксперименты. Новая конструкция простейшего электродвигателя
  • Загадки скрещенных токов - Эффект Холла
  • Присоединяйтесь к обсуждению:

     
    Добавление комментария
    Имя:*
    Комментарий:
    Введите код: *

    Электрика дома  | Электрообзоры  | Энергосбережение
    Секреты электрика | Источники света | Делимся опытом
    Домашняя автоматика | Электрика для начинающих
    Электромастерская | Электротехнические новинки

    Электрик Инфо - электротехника и электроника, домашняя автоматизация, статьи про устройство и ремонт домашней электропроводки, розетки и выключатели, провода и кабели, источники света, интересные факты и многое другое для электриков и домашних мастеров.
    Информация и обучающие материалы для начинающих электриков.
    Кейсы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок.
    Copyright © 2008-2018 electrik.info Андрей Повный
    Е-mail: electroby@mail.ru Сайт в Google+ Карта сайта
    Вся информация на сайте Электрик Инфо предоставлена в ознакомительных и познавательных целях. За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.