Электротехнический интернет-журнал Electrik.info

"Электрик Инфо" - онлайн журнал про электричество. Теория и практика. Обучающие статьи, примеры, технические решения, схемы, обзоры интересных электротехнических новинок. Уроки, книги, видео. Профессиональное обучение и развитие. Сайт для электриков и домашних мастеров, а также для всех, кто интересуется электротехникой, электроникой и автоматикой.
 


Схемы подключения | Принципиальные схемы | Электроснабжение
Розетки и выключатели | Автоматы защиты | Кабель и провод | Монтаж электропроводки Ремонт электротехники | Молодому электрику

Электрик Инфо » Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты » Инерция электрона: эксперименты Толмена–Стюарта и Мандельштама–Папалекси
Количество просмотров: 23704
Комментарии к статье: 3


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.

Андрей Повный

Популярные публикации:

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

Подписывайтесь на наш канал в Telegram: Домашняя электрика 



Поделитесь этой статьей с друзьями:


Другие статьи с сайта Электрик Инфо:

  • Куда течет электричество
  • Электронная эмиссия, ионизация воздуха и электрическая искра
  • Напряжение, сопротивление, ток и мощность - основные электрические величины
  • «Всё течёт», или Закон Ома для любознательных
  • Что такое электрический ток
  • Занимательные эксперименты. Новая конструкция простейшего электродвигателя
  • Собственные и примесные полупроводники - ответы на популярные вопросы
  • Оптические транзисторы - будущее электроники
  • Применение электростатической индукции в технике
  • Как сделать простейший электродвигатель за десять минут
  • Категория: Электрическая энергия в быту и на производстве » Интересные факты

    Андрей Повный – все статьи

      Комментарии:

    #1 написал: Денис Туров |

    Неужели в это кто то верит? Авторы эксперимента не указывают размер катушки, однако если примерно представить диаметр катушки 70мм, то длина окружности будет~220м. Что бы точка на этой окружности прошла 1 метр, нужно 4,5 оборота, умножаем на 500, получаем ~ 2300об/с. Это что за двигатель у них был в 1916г? Но всё встаёт на свои места, если в формулу подставить другую угловую скорость или длину провода, масса электрона будет совершенно другая. Следовательно значение притянуто за уши, жулики.
      Комментарии:

    #2 написал: Андрей Повный |

    Денис Туров, Эксперименты Толмена-Стюарта и Мандельштама-Папалекси были проведены в начале 20-го века и представляют собой важные экспериментальные доказательства существования инерции электрона. Эти эксперименты были повторены и подтверждены другими учеными и лабораториями, и они по-прежнему широко используются в современной физике.

    Относительно критики, приведенной в комментарии, необходимо отметить, что размер катушки, как и другие детали эксперимента, были описаны в оригинальных статьях. Кроме того, в эксперименте использовались довольно точные методы измерения, которые позволили ученым получить достоверные результаты.

    Также стоит отметить, что величина инерции электрона была вычислена не только на основе этих экспериментов, но и на основе других независимых методов. Все эти методы дали совпадающие результаты, что подтверждает правильность полученных значений.

     Таким образом, эксперименты Толмена-Стюарта и Мандельштама-Папалекси являются важными и подтвержденными экспериментальными доказательствами существования инерции электрона. Они были проведены с использованием тщательно проработанных методов измерения и полученные результаты подтверждаются другими независимыми методами.

     

      Комментарии:

    #3 написал: Борис |

    Странно, что при такой дикой длинне провода авторы никак не учитывали влияние на ЭДС и силу тока явления самоиндукции, индуктивности катушки, которая была очень большой.

    Присоединяйтесь к нам в социальных сетях:

    ВКонтакте | Facebook | Одноклассники | Электрик Инфо на Яндекс Дзен

     

    Популярные разделы сайта:

    Электрика дома  Электрообзоры  Энергосбережение
    Секреты электрика Источники света Делимся опытом
    Домашняя автоматика Электрика для начинающих
    Практическая электроника Электротехнические новинки
    Андрей Повный - все статьи автора



    Copyright © 2009-2024 Электрик Инфо - Electrik.info, Андрей Повный
    Вся информация на сайте предоставлена в ознакомительных и познавательных целях.
    За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет.
    Перепечатка материалов сайта запрещена.