“Электроны цэнэгийг тодорхойлох. Электролизийн аргаар энгийн цахилгаан цэнэгийг тодорхойлох Физикийн энгийн цэнэгийн хэмжилтийн лабораторийн ажил

10.01.2022

ИНФОРСОНЫ ТОДОРХОЙЛОЛТ

ЭЛЕКТРОЛИЗИЙН АРГААР ЦАХИЛГААН ЦЭНЭГЛЭХ

Тоног төхөөрөмж:Тогтмол гүйдлийн эх үүсвэр, электролитийн иж бүрдэлээс электрод бүхий кювет, лабораторийн вольтметр, резистор, жин эсвэл электрон жин, түлхүүр, холбогч утас, зэсийн сульфатын уусмал, секундомер (эсвэл хоёр дахь гартай цаг).

АЖЛЫН ТАЙЛБАР. Электроны цэнэгийг тодорхойлохын тулд та Фарадейгийн электролизийн хуулийг ашиглаж болно, энд m нь катод дээр ялгарсан бодисын масс юм; M нь бодисын молийн масс; n - бодисын валент; e - электрон цэнэг; Na нь Авогадрогийн тогтмол; I нь электролит дахь одоогийн хүч; ∆t - электролитээр гүйдэл дамжуулах хугацаа.

Энэ томъёоноос харахад ажлын зорилгодоо хүрэхийн тулд катодоос ялгарах бодисын молийн масс, түүний валент, Авогадро тогтмолыг мэдэх шаардлагатай. Нэмж дурдахад туршилтын явцад гүйдлийн хүч, түүний урсах хугацааг хэмжих шаардлагатай бөгөөд электролиз дууссаны дараа катод дээр ялгарсан бодисын массыг хэмжих шаардлагатай.

Туршилтыг хийхийн тулд зэсийн сульфатын ханасан усан уусмалыг ашигладаг бөгөөд үүнийг хоёр зэс электродтой кюветт хийнэ. Нэг электрод нь кюветийн төвд хатуу бэхлэгдсэн, нөгөө нь (зөөврийн) ханан дээр байрладаг.

Усан уусмалд зөвхөн зэсийн сульфат (CuS04 = Cu2+ +) төдийгүй усны (H20 = H+ + OH -) молекулуудын диссоциаци бага зэрэг явагддаг. Тиймээс CuS04-ийн усан уусмал нь эерэг Cu2+ ба H+ ионууд ба сөрөг SO2- ба OH- ионуудыг агуулдаг. Хэрэв электродуудын хооронд цахилгаан орон үүссэн бол эерэг ионууд катод руу, сөрөг ионууд анод руу шилжиж эхэлнэ. Cu2+ ба H+ ионууд катод руу ойртож байгаа боловч тэдгээр нь бүгд цэнэггүй болдог. Үүнийг зэс, устөрөгчийн атомууд эерэг цэнэгтэй ион болон хувирч, гаднах электроноо алддагтай холбон тайлбарладаг. Гэхдээ зэсийн ион нь электроныг устөрөгчийн ионоос илүү амархан холбож өгдөг. Иймээс зэсийн ионууд катод дээр ялгардаг.

Сөрөг ион ба OH- нь анод руу шилжих боловч тэдгээрийн аль нь ч цэнэггүй болно. Энэ тохиолдолд зэс уусч эхэлнэ. Үүнийг зэсийн атомууд ион ба OH -ээс илүү цахилгаан хэлхээний гаднах хэсэгт электроныг илүү амархан өгч, эерэг ион болж уусмал руу орох болно: Cu = Cu2+ + 2e-.

Тиймээс электродууд нь шууд гүйдлийн эх үүсвэрт холбогдсон үед зэсийн сульфатын уусмалд ионуудын чиглэсэн хөдөлгөөн үүсч, улмаар катод дахь цэвэр зэс ялгарах болно.

Гарсан зэсийн давхарга нь нягт, катод дээр сайн хадгалагдахын тулд уусмал дахь бага гүйдэлтэй электролиз хийхийг зөвлөж байна. Энэ нь хэмжилтийн том алдаа гаргахад хүргэдэг тул лабораторийн амметрийн оронд резистор ба вольтметрийг ажилд ашигладаг. Вольтметр U-ийн уншилт ба эсэргүүцлийн эсэргүүцэл R (түүний биед заасан) дээр үндэслэн гүйдлийн хүчийг I тодорхойлно.

Туршилтын явцад электролит дахь гүйдлийн хүч өөрчлөгдөж болох тул цэнэгийг тодорхойлох томъёонд түүний дундаж утга 1sr-ийг орлуулна. Гүйдлийн дундаж утгыг ажиглалтын бүх хугацаанд 30 секунд тутамд вольтметрийн заалтыг бүртгэж, дараа нь тэдгээрийг нэгтгэж, үр дүнгийн утгыг хэмжилтийн тоонд хуваана. Ucp ийм байдлаар олддог. Дараа нь Ом-ийн хуулийг ашиглан хэлхээний хэсэгт Icp-ийг олно. Хүчдэлийн хэмжилтийн үр дүнг туслах хүснэгтэд бүртгэх нь илүү тохиромжтой.

Одоогийн урсгалын хугацааг секундомероор хэмждэг.

АЖИЛД БЭЛТГЭХ ЖУРАМ

1. Энэ ажилд ашигласан аргаар электроны цэнэгийг тодорхойлохын тулд ямар физик хэмжигдэхүүнийг шууд хэмжихийг заана. Хэмжилт хийхэд ямар хэмжих хэрэгслийг ашиглах вэ? Эдгээр хэрэгслийн үнэмлэхүй алдааны хязгаарыг тодорхойлж бичнэ үү.

2. Механик секундомер, вольтметр, масштабыг ашиглах үед унших үнэмлэхүй алдааны хязгаарыг тодорхойлж бичих.

3. ∆е үнэмлэхүй алдааны хязгаарыг тодорхойлох томьёог бичнэ үү.

4. Хэмжилт, алдаа, тооцоогоо бүртгэх хүснэгтийг бэлтгэ.

Вольтметрийн заалтыг бүртгэх тусламжийн хүснэгтийг бэлтгэ.

АСУУЛТАНД ХАРИУ

Электролит дахь гүйдлийн хугацаа яагаад электрон цэнэгийг хэмжих үр дүнд гарсан алдаанд нөлөөлдөг вэ?

Уусмалын концентраци нь электроны цэнэгийг хэмжих үр дүнд хэрхэн нөлөөлдөг вэ?

Зэсийн валент гэж юу вэ?

Зэсийн молийн масс хэд вэ?

Авогадрогийн тогтмол гэж юу вэ?

АЖЛЫГ ГҮЙЦЭТГЭХ ЖУРАМ

1. Масштаб дээр зөөврийн электродын t1 массыг тодорхойлно.

2. Электродыг кюветт холбож, 12-р зурагт үзүүлсэн цахилгаан хэлхээг угсарна. Зөөврийн электрод нь хүчдэлийн эх үүсвэрийн сөрөг туйлтай холбогдсон эсэхийг шалгана.

3. Кюветтийг зэсийн сульфатын уусмалаар дүүргэж, түлхүүрийг хааж, вольтметрийн заалтыг 30 секунд тутамд 15 минутын турш тэмдэглэнэ.

4. 15 минутын дараа түлхүүрийг онгойлгож, хэлхээг задалж, электродыг авч хатааж, дээр нь хуримтлагдсан зэсийн хамт түүний масс m2-ийг тодорхойлно.

5. Суллагдсан зэсийн массыг тооцоол: t- ба түүний хэмжилтийн үнэмлэхүй алдааны хязгаар ∆t.

6. Uav резистор дээрх дундаж хүчдэл ба электролитийн дундаж гүйдлийг тооцоол IЛхагва

7. Электроны цэнэгийг тооцоол e.

8. Электроны цэнэгийг ∆e тодорхойлох үнэмлэхүй алдааны хязгаарыг тооцоол.

9. Үнэмлэхүй алдааны хязгаарыг харгалзан төлбөрийг тодорхойлсон үр дүнг бич.

10. Туршилтын үр дүнд тодорхойлогдсон электрон цэнэгийг хүснэгтийн утгатай харьцуул.

Паршина Анна, Севалников Алексей, Лузянин Роман.

Ажлын зорилго: электролизийн аргаар энгийн цэнэгийн утгыг тодорхойлж сурах;судлах төлбөрийг тодорхойлох аргуудэлектрон.

Тоног төхөөрөмж: зэсийн сульфатын уусмал бүхий цилиндр сав, чийдэн, электрод, масштаб, амперметр, тогтмол хүчдэлийн эх үүсвэр, реостат, цаг, түлхүүр, холбох утас.

Татаж авах:

Урьдчилан үзэх:

Үзүүлэнг урьдчилан үзэхийг ашиглахын тулд Google бүртгэл үүсгээд түүн рүү нэвтэрнэ үү: https://accounts.google.com

Слайдын тайлбар:

Лабораторийн ажил Энгийн цэнэгийг электролизээр тодорхойлох Чучковская нэрэмжит дунд сургуулийн 10-р ангийн сурагчид: Анна Паршина, Алексей Севальников, Роман Лузянин нар гүйцэтгэсэн. Дарга: физикийн багш Чекалина О.Ю.

Ажлын зорилго: электролизийн аргаар энгийн цэнэгийн утгыг тодорхойлж сурах; электроны цэнэгийг тодорхойлох аргуудыг судлах. Тоног төхөөрөмж: зэсийн сульфатын уусмал бүхий цилиндр хэлбэртэй сав, чийдэн, электрод, жин, амперметр, тогтмол хүчдэлийн эх үүсвэр, реостат, цаг, түлхүүр, холбох утас.

Бид гинжийг угсарсан: Ажлын явц:

Бидний ажлын үр дүн

Бид электролизийн аргаар энгийн цэнэгийн утгыг хэрхэн тодорхойлохыг сурч, электроны цэнэгийг тодорхойлох аргуудыг судалсан. Дүгнэлт:

В. Я. Брюсов "Электроны ертөнц" Магадгүй эдгээр электронууд бол таван тив, Урлаг, мэдлэг, дайн, сэнтий, дөчин зууны дурсамж юм! Түүнчлэн, атом бүр нь зуун гаригтай орчлон ертөнц байж магадгүй юм; Энд байгаа бүх зүйл тэнд, шахсан эзэлхүүнтэй, гэхдээ бас энд байхгүй. Тэдний хэмжүүр бага боловч тэдний хязгааргүй байдал нь энд байгаа шиг хэвээр байна; Яг энд байгаа шиг уй гашуу, хүсэл тэмүүлэл байдаг, Тэнд ч гэсэн нөгөө л ертөнцийн бардам зан байдаг. Тэдний мэргэд хязгааргүй ертөнцөө оршихуйн төвд байрлуулж, нууцлаг оч руу нэвтрэхийг яаравчлан, миний одоогийнх шиг бодоорой; Мөн сүйрлээс шинэ хүчнүүдийн урсгал үүсэх тэр мөчид тэд өөрийгөө гипноз хийх зүүдэндээ "Бурхан бамбараа унтраасан" гэж хашгирч байна!

ОХУ-ын Боловсролын яам

Амур улсын багшийн их сургууль

Энгийн цахилгаан цэнэгийг тодорхойлох арга

151гр-ийн оюутан гүйцэтгэсэн.

Вензелев А.А.

Шалгасан: Черанева Т.Г.

Танилцуулга.

1. Электроныг нээсэн суурь

2. Электроныг нээсэн түүх

3. Электроныг нээх туршилт, арга

3.1.Томсоны туршилт

3.2.Рутерфордын туршлага

3.3. Милликан арга

3.3.1. Товч намтар

3.3.2. Суурилуулалтын тодорхойлолт

3.3.3. Анхан шатны хураамжийн тооцоо

3.3.4. Аргын дүгнэлт

3.4. Комптон дүрслэх арга

Дүгнэлт.

Танилцуулга:

ЭЛЕКТРОН - анх нээсэн энгийн бөөмс; байгаль дээрх хамгийн бага масс, хамгийн бага цахилгаан цэнэгийн материал зөөгч; атомын бүрэлдэхүүн хэсэг.

Электрон цэнэг нь 1.6021892. 10 -19 Кл

4.803242. 10-10 нэгж SSSE

Электроны масс 9.109534 байна. 10-31 кг

Хувийн төлбөр д/м e 1.7588047. 10 11 Кл. кг -1

Электрон спин нь 1/2 (нэгж h) тэнцүү бөгөөд хоёр проекц ±1/2 байна; электронууд Ферми-Диракийн статистик, фермионуудад захирагддаг. Тэд Паули гадуурхах зарчимд захирагддаг.

Электроны соронзон момент нь - 1.00116 m b-тэй тэнцүү бөгөөд энд m b нь Бор магнетон юм.

Электрон бол тогтвортой бөөмс юм. Туршилтын мэдээллээс үзэхэд амьдралын хугацаа t e > 2. 10 22 настай.

Хүчтэй харилцан үйлчлэлд оролцдоггүй, лептон. Орчин үеийн физик нь электроныг бүтэц, хэмжээгүй жинхэнэ энгийн бөөмс гэж үздэг. Хэрэв сүүлийнх нь тэг биш бол электрон радиус r e байна< 10 -18 м

1. Нээлтийн суурь

Электроныг нээсэн нь олон тооны туршилтуудын үр дүн юм. 20-р зууны эхэн үе гэхэд. электрон байгаа эсэхийг хэд хэдэн бие даасан туршилтаар тогтоосон. Гэхдээ бүхэл бүтэн үндэсний сургуулиудад хуримтлагдсан асар их туршилтын материалыг үл харгалзан электрон нь таамагласан тоосонцор хэвээр байсан, учир нь туршлага хэд хэдэн үндсэн асуултанд хараахан хариулаагүй байна. Бодит байдал дээр электроныг "нээлт" хагас зуун гаруй үргэлжилсэн бөгөөд 1897 он хүртэл дуусаагүй; Үүнд олон эрдэмтэн, зохион бүтээгчид оролцсон.

Нэгдүгээрт, бие даасан электронуудыг оролцуулсан нэг ч туршилт байгаагүй. Энгийн цэнэгийг микроскопийн цэнэгийн хэмжилт дээр үндэслэн хэд хэдэн таамаглал үнэн зөв гэж үзэн тооцоолсон.

Үндсэн чухал цэг дээр тодорхойгүй байдал үүссэн. Электрон анх электролизийн хуулиудын атомын тайлбарын үр дүнд гарч ирсэн бөгөөд дараа нь хийн ялгаралтаар нээгдэв. Физик яг ижил объекттой харьцаж байгаа эсэх нь тодорхойгүй байв. Эргэлзээтэй байгалийн эрдэмтдийн томоохон бүлэг энгийн цэнэг нь хамгийн олон янзын хэмжээтэй цэнэгийн статистик дундаж юм гэж үздэг. Түүнээс гадна электрон цэнэгийг хэмжих туршилтуудын аль нь ч хатуу давтагдах утгыг өгөөгүй.
Ер нь электроны нээлтийг үл тоомсорлодог үл итгэгчид байсан. Академич А.Ф. Иоффе өөрийн багш В.К. Рентгене: "1906-1907 он хүртэл. Мюнхений их сургуулийн Физикийн хүрээлэнд электрон гэдэг үгийг хэлэх ёсгүй байсан. Рентген үүнийг нотлогдоогүй таамаглал гэж үздэг бөгөөд ихэвчлэн хангалттай үндэслэлгүйгээр, шаардлагагүйгээр ашигладаг."

Электроны массын тухай асуудал шийдэгдээгүй бөгөөд дамжуулагч ба диэлектрикийн цэнэг нь электронуудаас бүрддэг нь нотлогдоогүй байна. "Электрон" гэсэн ойлголт нь хоёрдмол утгагүй тайлбартай байсангүй, учир нь туршилтаар атомын бүтцийг хараахан илрүүлээгүй байна (Рутерфордын гаригийн загвар 1911 онд, Борын онол 1913 онд гарч ирсэн).

Электрон онолын бүтцэд хараахан ороогүй байна. Лоренцын электрон онол нь тасралтгүй тархсан цэнэгийн нягтыг харуулсан. Друдын боловсруулсан металл дамжуулалтын онол нь салангид цэнэгүүдийг авч үзсэн боловч эдгээр нь дурын цэнэгүүд байсан бөгөөд үнэ цэнэд нь хязгаарлалт тавьдаггүй байв.

Электрон "цэвэр" шинжлэх ухааны хүрээнээс хараахан гараагүй байна. Анхны электрон хоолой 1907 онд л гарч ирснийг эргэн санацгаая. Итгэлээс итгэл үнэмшил рүү шилжихийн тулд юуны түрүүнд электроныг тусгаарлаж, энгийн цэнэгийг шууд, үнэн зөв хэмжих аргыг зохион бүтээх шаардлагатай байв.

Энэ асуудлыг шийдэх гарц удахгүй гараагүй. 1752 онд цахилгаан цэнэгийн салангид байдлын тухай санааг анх Б.Франклин илэрхийлжээ. Туршилтаар цэнэгийн салангид байдлыг 1834 онд М.Фарадей нээсэн электролизийн хуулиудаар зөвтгөв.Авогадрогийн тоог ашиглан элементар цэнэгийн тоон утгыг (байгалаас олдсон хамгийн бага цахилгаан цэнэг) электролизийн хуулиудад үндэслэн онолын хувьд тооцсон. . Энгийн цэнэгийн шууд туршилтын хэмжилтийг Р.Милликан 1908 - 1916 онд хийсэн сонгодог туршилтаар хийсэн. Эдгээр туршилтууд нь мөн цахилгаан атомын няцаашгүй нотолгоо болсон. Цахим онолын үндсэн ойлголтуудын дагуу биеийн цэнэг нь түүнд агуулагдах электронуудын тоо өөрчлөгдсөний үр дүнд үүсдэг (эсвэл цэнэгийн утга нь электроны цэнэгийн олон тооны эерэг ионууд). Тиймээс аливаа биеийн цэнэг бүхэл тооны электрон цэнэг агуулсан хэсгүүдэд огцом өөрчлөгдөх ёстой. Цахилгаан цэнэгийн өөрчлөлтийн салангид шинж чанарыг туршилтаар тогтоосны дараа Р.Милликан электронууд байгаа эсэхийг баталгаажуулж, нэг электроны цэнэгийн утгыг (элементар цэнэг) газрын тосны дуслын аргаар тодорхойлж чадсан. Энэ арга нь мэдэгдэж буй хүч чадал Е-ийн жигд цахилгаан орон дахь цэнэгтэй тосны дуслын хөдөлгөөнийг судлахад үндэслэсэн болно.

2. Электроныг нээх:

Хэрэв бид анхны энгийн бөөмс болох электроныг нээхээс өмнөх үйл явдлыг үл тоомсорлож, энэ гайхалтай үйл явдлыг дагалдвал бид товчхон хэлж болно: 1897 онд Английн нэрт физикч ТОМСОН Жозеф Жон (1856-1940) q/m хувийн цэнэгийг хэмжсэн. катодын цацрагийн хэсгүүд - цахилгаан ба соронзон орон дахь катодын цацрагийн хазайлт дээр суурилсан "корпускулууд".

Олж авсан тоог шууд бус үндэслэлээр тухайн үед мэдэгдэж байсан нэг валент устөрөгчийн ионы тодорхой цэнэгтэй харьцуулж үзээд дараа нь "электрон" гэж нэрлэсэн эдгээр бөөмсийн масс мэдэгдэхүйц бага байна гэсэн дүгнэлтэд хүрчээ. мянга дахин) хамгийн хөнгөн устөрөгчийн ионы массаас.

Мөн 1897 онд тэрээр электронууд нь атомын салшгүй хэсэг бөгөөд катодын туяа нь атом эсвэл цахилгаан соронзон цацраг биш гэж туяаны шинж чанарыг судалдаг зарим судлаачид үздэг гэж таамаглаж байв. Томсон: "Тиймээс катодын туяа нь ердийн хийн төлөвөөс үндсэндээ ялгаатай материйн шинэ төлөвийг төлөөлдөг ...; энэ шинэ төлөвт бодис нь бүх элементүүдийг бий болгосон бодис юм."

1897 оноос хойш катодын цацрагийн корпускуляр загвар нь цахилгааны мөн чанарын талаар олон янзын санал бодолтой байсан ч нийтээр хүлээн зөвшөөрөгдөж эхэлсэн. Иймээс Германы физикч Э.Вихерт “цахилгаан бол зүгээр л бодолд оршдог хийсвэр зүйл” гэж үздэг байсан бол Английн нэрт физикч Лорд Келвин мөн 1897 онд цахилгааныг нэгэн төрлийн “тасралтгүй шингэн” гэж бичсэн байдаг.

Томсоны атомын үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг болох катодын цацрагийн корпускулуудын тухай санаа тийм ч их урам зоригтой хүлээж аваагүй. Тэрээр катодын цацрагийн бөөмсийг атомын боломжит бүрэлдэхүүн хэсэг гэж үзэхийг санал болгосноор зарим нэг хамтрагчид нь түүнийг нууцаар тайлбарласан гэж бодсон. Томсон корпускулуудын атомын бүтэц дэх жинхэнэ үүргийг бусад судалгааны үр дүн, ялангуяа спектрийн дүн шинжилгээ, цацраг идэвхт байдлын судалгааны үр дүнтэй хослуулан ойлгож болно.

1897 оны 4-р сарын 29-нд Томсон Лондонгийн Хатан хааны нийгэмлэгийн хурал дээр өөрийн алдартай мессежийг хэлсэн. Электроныг нээсэн яг цаг хугацаа - өдөр, цагийг түүний өвөрмөц байдлаас шалтгаалан нэрлэх боломжгүй юм. Энэ үйл явдал нь Томсон болон түүний ажилчдын олон жилийн хөдөлмөрийн үр дүн байв. Томсон ч, өөр хэн ч хэзээ ч электроныг бодитоор ажиглаж байгаагүй бөгөөд катодын цацрагаас нэг ширхэг бөөмийг тусгаарлаж, түүний хувийн цэнэгийг хэмжиж чадаагүй юм. Энэхүү нээлтийн зохиогч нь Ж.Ж. Томсон юм, учир нь түүний электрон тухай санаа нь орчин үеийнхтэй ойр байсан. 1903 онд тэрээр атомын анхны загваруудын нэг болох "үзэмний идээ" -ийг санал болгосон бөгөөд 1904 онд атом дахь электронуудыг бүлэгт хувааж, химийн элементүүдийн үе үеийг тодорхойлдог өөр өөр тохиргоог бий болгохыг санал болгов.

Олдворын байршлыг яг таг мэддэг - Кавендиш лаборатори (Кэмбриж, Их Британи). 1870 онд Ж.К.Максвелийн бүтээсэн энэ нь дараагийн зуун жилийн хугацаанд физикийн янз бүрийн салбар, ялангуяа атомын болон цөмийн физикийн гайхалтай нээлтүүдийн бүхэл бүтэн хэлхээний "өлгий" болжээ. Түүний захирлууд: Максвелл Ж.К. - 1871-1879 онд Лорд Рэйли - 1879-1884 онд Томсон Ж.Ж. - 1884-1919 онд, Рутерфорд Э. - 1919-1937 онд, Брагг Л. - 1938-1953 он хүртэл; Дэд захирал 1923-1935 - Чадвик Ж.

Шинжлэх ухааны туршилтын судалгааг нэг эрдэмтэн эсвэл жижиг бүлэг бүтээлч эрэл хайгуулын уур амьсгалд хийсэн. Дараа нь Лоуренс Брэгг 1913 онд аав Хенри Браггтайгаа хийж байсан ажлаа дурсав: "Энэ бол бараг долоо хоног бүр шинэ сэтгэл хөдөлгөм үр дүнд хүрч байсан гайхалтай цаг үе байсан, жишээлбэл, шороон чулууг газраас шууд гаргаж авах боломжтой шинэ алт агуулсан газрууд нээсэн шиг. Энэ нь дайн эхлэх хүртэл үргэлжилсэн бөгөөд энэ нь бидний хамтарсан ажлыг зогсоов."

3. Электроныг нээх аргууд:

3.1.Томсоны туршилт

Жозеф Жон Томсон Жозеф Жон Томсон, 1856–1940

Ж.Ж. Томсон гэдгээрээ илүү алдартай Английн физикч. Манчестер хотын захын Читхам Хиллд хуучин эдлэлийн хуучин худалдагчийн гэр бүлд төрсөн. 1876 онд тэрээр Кембрижийн тэтгэлэгт хамрагдав. 1884-1919 онд тэрээр Кембрижийн их сургуулийн туршилтын физикийн тэнхимийн профессор, нэгэн зэрэг Томсоны хүчин чармайлтаар дэлхийн хамгийн алдартай судалгааны төвүүдийн нэг болсон Кавендишийн лабораторийн эрхлэгчээр ажиллаж байв. Үүний зэрэгцээ 1905-1918 онд тэрээр Лондон дахь Хатан хааны хүрээлэнгийн профессороор ажиллаж байв. 1906 онд "Цахилгаан гүйдэл хийгээр дамждаг тухай судалгаанд зориулж" гэсэн үгээр 1906 онд Физикийн чиглэлээр Нобелийн шагнал хүртсэн бөгөөд энэ нь мэдээжийн хэрэг электроныг нээсэн явдал юм. Томсоны хүү Жорж Пагет Томсон (1892-1975) мөн 1937 онд талстуудын электрон дифракцийг туршилтаар нээснийхээ төлөө физикийн салбарт Нобелийн шагналтан болжээ.

Дэлгэрэнгүй Ангилал: Цахилгаан ба соронзон 2015-08-06 Нийтэлсэн 05:51 Үзсэн: 6694

Физикийн үндсэн тогтмолуудын нэг бол энгийн цахилгаан цэнэг юм. Энэ нь бие махбодийн цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлд оролцох чадварыг тодорхойлдог скаляр хэмжигдэхүүн юм.

Энгийн цахилгаан цэнэгийг хуваах боломжгүй хамгийн бага эерэг эсвэл сөрөг цэнэг гэж үздэг. Үүний утга нь электрон цэнэгтэй тэнцүү байна.

Байгальд байдаг аливаа цахилгаан цэнэг нь бүхэл тооны энгийн цэнэгтэй үргэлж тэнцүү байдаг гэдгийг 1752 онд улс төрийн нэрт зүтгэлтэн, шинжлэх ухаан, зохион бүтээх үйл ажиллагаа эрхэлдэг улс төрч, дипломатч Бенжамин Франклин дэвшүүлж, анхны Америк хүн болжээ. Оросын ШУА-ийн гишүүн.

Бенжамин Франклин

Хэрэв Франклины таамаглал зөв бөгөөд аливаа цэнэглэгдсэн бие эсвэл системийн цахилгаан цэнэг нь бүхэл тооны энгийн цэнэгээс бүрддэг бол энэ цэнэг бүхэл тооны электрон цэнэг агуулсан хэмжээгээр огцом өөрчлөгдөж болно.

Үүнийг анх удаа Америкийн эрдэмтэн, Чикагогийн их сургуулийн профессор Роберт Милликан баталж, туршилтаар нэлээд нарийвчлалтай тодорхойлсон.

Милликаны туршлага

Милликан туршилтын диаграм

Милликан анхны алдартай туршилтаа 1909 онд туслах Харви Флетчертэй хамт газрын тосны дуслаар хийжээ. Тэд эхлээд усны дусал ашиглан туршилт хийхээр төлөвлөж байсан ч хэдхэн секундын дотор ууршсан нь үр дүнд хүрэхэд хангалтгүй байсан гэдэг. Дараа нь Милликен Флетчерийг эмийн сан руу явуулж, тэндээс шүршигч, нэг шил цагны тос худалдаж авав. Энэ нь туршилт амжилттай болоход хангалттай байсан. Үүний дараа Милликан Нобелийн шагнал хүртэж, Флетчер докторын зэрэг хамгаалжээ.

Роберт Милликен

Харви Флетчер

Милликан ямар туршилт хийсэн бэ?

Хоёр металл хавтангийн хооронд таталцлын нөлөөгөөр цахилгаанжуулсан тос унадаг. Харин тэдгээрийн хооронд цахилгаан орон үүсвэл дусал унахаас сэргийлнэ. Цахилгаан талбайн хүчийг хэмжих замаар уналтын цэнэгийг тодорхойлж болно.

Туршилтанд оролцогчид савны дотор хоёр металл конденсатор хавтанг байрлуулсан байна. Тэнд шүршигч сав ашиглан жижиг дусал тосыг нэвтрүүлсэн бөгөөд энэ нь агаарт үрэлтийн үр дүнд шүрших явцад сөрөг цэнэгтэй болсон.

Цахилгаан орон байхгүй үед дусал унадаг

F w = mg хүндийн хүчний нөлөөгөөр дуслууд доошоо унаж эхлэв. Гэвч тэд вакуумд биш, харин орчинд байсан тул агаарын эсэргүүцлийн хүч тэднийг чөлөөтэй унахаас сэргийлсэн. Fras = 6πη rv 0 , Хаана η - агаарын зуурамтгай чанар. Хэзээ Fw Тэгээд Фрас тэнцвэртэй, уналт нь хурдтай жигд болсон v 0 . Энэхүү хурдыг хэмжсэнээр эрдэмтэн уналтын радиусыг тодорхойлсон байна.

Цахилгаан орны нөлөөн дор дусал "хөвдөг"

Хэрэв дусал унах үед дээд хавтан эерэг цэнэг, доод хавтан сөрөг цэнэг авахаар ялтсуудад хүчдэл өгсөн бол уналт зогссон. Түүнд гарч ирж буй цахилгаан орон саад болсон. Дуслууд эргэлдэх шиг болов. Энэ нь хүчний үед болсон Ф Р цахилгаан талбайгаас үйлчилж буй хүчээр тэнцвэржүүлнэ F r = eE ,

Хаана F r - таталцлын үр дагавар ба Архимедийн хүч.

F r = 4/3 πr 3 ( ρ – ρ 0) g

ρ - газрын тосны дуслын нягт;

ρ 0 – агаарын нягтрал.

r уналтын радиус юм.

Мэдэх Ф Р Тэгээд Э , бид утгыг тодорхойлж чадна д .

Дусал удаан хугацаанд хөдөлгөөнгүй байх нь маш хэцүү байсан тул Милликан, Флетчер нар дусал зогссоны дараа маш бага хурдтайгаар дээшээ хөдөлж эхэлсэн талбарыг бий болгосон. v . Энэ тохиолдолд

Туршилтууд олон удаа давтагдсан. Рентген туяа эсвэл хэт ягаан туяаны суурилуулалтаар цацраг туяагаар дуслууд руу цэнэглэгдсэн. Гэхдээ тэр болгонд уналтын нийт цэнэг хэд хэдэн энгийн цэнэгтэй тэнцүү байв.

1911 онд Милликан электроны цэнэгийг 1.5924(17) х 10 -19 С болохыг тогтоожээ. Эрдэмтэд ердөө 1%-ийн буруу байсан. Түүний орчин үеийн үнэ цэнэ нь 1.602176487(10) x 10 -19 С байна.

Иоффегийн туршилт

Абрам Федорович Иоффе

Милликантай бараг нэгэн зэрэг, гэхдээ түүнээс үл хамааран ижил төстэй туршилтуудыг Оросын физикч Абрам Федорович Иоффе хийсэн гэж хэлэх ёстой. Мөн түүний туршилтын төхөөрөмж нь Милликантай төстэй байв. Гэвч савнаас агаарыг шахаж, дотор нь вакуум үүссэн. Мөн дуслын тосны оронд Иоффе цайрын жижиг цэнэгтэй хэсгүүдийг ашигласан. Тэдний хөдөлгөөнийг микроскопоор ажиглав.

Ioffe суурилуулалт

1- хоолой

2 камертай

3 - металл хавтан

4 - микроскоп

5 - хэт ягаан туяа ялгаруулагч

Электростатик талбайн нөлөөн дор цайрын тоосонцор унасан. Тоосны ширхэгийн таталцал нь цахилгаан талбайн нөлөөгөөр түүнд үйлчлэх хүчтэй тэнцүү болмогц уналт зогссон. Тоосны бөөмийн цэнэг өөрчлөгдөөгүй л бол хөдөлгөөнгүй унжиж байв. Гэхдээ хэт ягаан туяанд өртсөн бол цэнэг нь буурч, тэнцвэр алдагддаг. Тэр дахин унаж эхлэв. Дараа нь ялтсууд дээрх цэнэгийн хэмжээг нэмэгдүүлсэн. Үүний дагуу цахилгаан талбай нэмэгдэж, уналт дахин зогссон. Үүнийг хэд хэдэн удаа хийсэн. Үүний үр дүнд тоосны ширхэгийн цэнэг нь энгийн бөөмийн цэнэгийн хэд дахин их хэмжээгээр өөрчлөгддөг болохыг тогтоожээ.

Иоффе энэ бөөмийн цэнэгийг тооцоогүй. Гэвч 1925 онд физикч Н.И.-тэй үүнтэй төстэй туршилт хийжээ. Добронравов туршилтын тохиргоог бага зэрэг өөрчилж, цайрын оронд висмутын тоосны хэсгүүдийг ашиглан онолыг баталжээ.

ОХУ-ын Боловсролын яам

Амур улсын багшийн их сургууль

Энгийн цахилгаан цэнэгийг тодорхойлох арга

151гр-ийн оюутан гүйцэтгэсэн.

Вензелев А.А.

Шалгасан: Черанева Т.Г.

Танилцуулга.

1. Электроныг нээсэн суурь

2. Электроныг нээсэн түүх

3. Электроныг нээх туршилт, арга

3.1.Томсоны туршилт

3.2.Рутерфордын туршлага

3.3. Милликан арга

3.3.1. Товч намтар

3.3.2. Суурилуулалтын тодорхойлолт

3.3.3. Анхан шатны хураамжийн тооцоо

3.3.4. Аргын дүгнэлт

3.4. Комптон дүрслэх арга

Дүгнэлт.

Танилцуулга:

Электрон цэнэг нь 1.6021892.

10 -19 Кл

4.803242.

10-10 нэгж SSSE

Электроны масс 9.109534 байна.

10-31 кг

Хувийн төлбөр д/м e 1.7588047.< 10 -18 м

1. Нээлтийн суурь

2. Электроныг нээх:

10 11 Кл.

кг -1

3. Электроныг нээх аргууд:

3.1.Томсоны туршилт

Жозеф Жон Томсон Жозеф Жон Томсон, 1856–1940

Электроны соронзон момент нь - 1.00116 m b-тэй тэнцүү бөгөөд энд m b нь Бор магнетон юм.

Томсон хоолойн шинэ загварыг ашиглан дараахь зүйлийг дараалан харуулсан: (1) катодын цацраг нь цахилгаан байхгүй үед соронзон орон дотор хазайдаг; (2) катодын цацраг нь соронзон орон байхгүй үед цахилгаан талбарт хазайсан; (3) эсрэг чиглэлд хазайлт үүсгэдэг чиглэлд тус тусад нь чиглэсэн тэнцвэртэй эрчимтэй цахилгаан ба соронзон орны нэгэн зэрэг үйл ажиллагааны дор катодын туяа шулуун шугамаар тархдаг, өөрөөр хэлбэл хоёр талбайн үйл ажиллагаа харилцан тэнцвэртэй байдаг.

Томсон тэдгээрийн нөлөөллийг тэнцвэржүүлэх цахилгаан ба соронзон орны хоорондын хамаарал нь бөөмсийн хөдөлгөөний хурдаас хамаардаг болохыг олж мэдсэн. Хэд хэдэн хэмжилт хийсний дараа Томсон катодын цацрагийн хөдөлгөөний хурдыг тодорхойлж чадсан. Тэд гэрлийн хурдаас хамаагүй удаан хөдөлдөг болох нь тогтоогдсон бөгөөд энэ нь цахилгаан соронзон цацраг, түүний дотор гэрэл өөрөө гэрлийн хурдаар дамждаг тул катодын цацраг нь зөвхөн бөөмс байж болно гэсэн үг юм (Цахилгаан соронзон цацрагийн спектрийг үзнэ үү). Эдгээр үл мэдэгдэх хэсгүүд. Томсон тэднийг "корпускул" гэж нэрлэсэн боловч удалгүй "электрон" гэж нэрлэгдэх болсон.

Электронууд атомын нэг хэсэг болж байх ёстой нь тэр даруй тодорхой болсон - эс тэгвээс тэд хаанаас ирэх вэ? 1897 оны 4-р сарын 30 - Лондонгийн Хатан хааны нийгэмлэгийн хурал дээр Томсоны үр дүнгийн талаар илтгэл тавьсан өдрийг электроны төрсөн өдөр гэж үздэг. Мөн энэ өдөр атомын "хуваагдашгүй" тухай санаа өнгөрсөнд үлджээ (Материйн бүтцийн атомын онолыг үзнэ үү). Арав гаруй жилийн дараа атомын цөмийг нээсэнтэй хамт (Рутерфордын туршилтыг үзнэ үү) электроныг нээсэн нь атомын орчин үеийн загварын үндэс суурийг тавьсан юм.

Дээр дурьдсан "катод" хоолой, илүү нарийн яривал катодын цацрагийн хоолой нь орчин үеийн телевизийн зургийн хоолой, компьютерийн дэлгэцийн хамгийн энгийн өмнөх үе болсон бөгөөд тэдгээрийн нөлөөн дор халуун катодын гадаргуугаас хатуу хяналттай электронууд гарч ирдэг. Хувьсах соронзон орны хувьд тэдгээр нь тодорхой өнцгөөр хазайж, дэлгэцийн фосфорын эсүүдийг бөмбөгдөж, фотоэлектрик эффектийн үр дүнд үүссэн тодорхой дүрсийг бүрдүүлдэг бөгөөд катодын жинхэнэ мөн чанарыг бид мэдэхгүй бол үүнийг нээх боломжгүй юм. туяа.

3.2.Рутерфордын туршлага

Эрнест Рутерфорд, Нельсоны анхны барон Рутерфорд, 1871–1937

Шинэ Зеландын физикч. Нелсон хотод гар урлалын тариачны хүү болон төрсөн. Английн Кембрижийн их сургуульд тэтгэлэгт хамрагдсан. Сургуулиа төгсөөд Канадын МакГиллийн их сургуульд томилогдсон бөгөөд Фредерик Содди (1877-1966) -тай хамтран цацраг идэвхт бодисын үзэгдлийн үндсэн хуулиудыг тогтоож, 1908 онд химийн чиглэлээр Нобелийн шагнал хүртжээ. Удалгүй эрдэмтэн Манчестерийн их сургуульд нүүж, түүний удирдлаган дор Ханс Гейгер (1882-1945) алдарт Гейгер тоолуураа зохион бүтээж, атомын бүтцийг судалж, 1911 онд атомын цөм байгааг олж мэдэв. Дэлхийн 1-р дайны үед тэрээр дайсны шумбагч онгоцыг илрүүлэх сонар (акустик радар) бүтээх ажилд оролцож байжээ. 1919 онд тэрээр физикийн профессор, Кембрижийн их сургуулийн Кавендишийн лабораторийн эрхлэгчээр томилогдсон бөгөөд тэр жилдээ өндөр энергитэй хүнд бөөмсөөр бөмбөгдсөний үр дүнд цөмийн задралыг илрүүлжээ. Рутерфорд амьдралынхаа эцэс хүртэл энэ албан тушаалд үлдсэн бөгөөд үүний зэрэгцээ Хатан хааны шинжлэх ухааны нийгэмлэгийн ерөнхийлөгчөөр олон жил ажилласан. Түүнийг Вестминстерийн сүмд Ньютон, Дарвин, Фарадей нарын дэргэд оршуулжээ.

Эрнест Рутерфорд Нобелийн шагнал авсныхаа дараа гол нээлтээ хийсэн гэдэг утгаараа өвөрмөц эрдэмтэн юм. 1911 онд тэрээр туршилтаа амжилттай хийж, эрдэмтэд атомын гүнийг судалж, түүний бүтцийг олж мэдэх боломжийг олгосон төдийгүй нигүүлсэл, дизайны гүний загвар болсон юм.

Цацраг идэвхт цацрагийн байгалийн эх үүсвэрийг ашиглан Рутерфорд бөөмийн чиглэлтэй, төвлөрсөн урсгалыг үүсгэдэг их буу бүтээжээ. Буу нь нарийн нүхтэй хар тугалгатай хайрцаг байсан бөгөөд дотор нь цацраг идэвхт бодис байрлуулсан байв. Үүний улмаас цацраг идэвхт бодисоос нэгээс бусад бүх чиглэлд ялгардаг бөөмс (энэ тохиолдолд альфа бөөмс, хоёр протон, хоёр нейтроноос бүрдэх) тугалган дэлгэцэнд шингэж, зөвхөн альфа бөөмсийн чиглэсэн туяа завсараар ялгардаг байв. .

Туршлагын схем

Цаашид цацрагийн зам дагуу нарийн ангархай бүхий хэд хэдэн хар тугалгатай дэлгэцүүд байсан бөгөөд тэдгээр нь хатуу хазайсан хэсгүүдийг таслав.

чиглэл өгсөн. Үүний үр дүнд альфа бөөмийн төгс төвлөрсөн туяа зорилтот тал руу нисч, бай нь өөрөө нимгэн алтан тугалган цаас байв. Альфа туяа түүнд туссан. Тугалган цаасны атомуудтай мөргөлдсөний дараа альфа тоосонцор замаа үргэлжлүүлж, байны ард суурилуулсан гэрэлтэгч дэлгэцийг мөргөж, альфа бөөмсийг онох үед анивчсан дэлгэцийг тэмдэглэв. Тэдгээрээс туршилт хийгч тугалган цаасны атомуудтай мөргөлдсөний үр дүнд альфа бөөмсүүд шулуун шугамын хөдөлгөөний чиглэлээс ямар хэмжээтэй, хэр их хазайж байгааг дүгнэж болно.

Гэхдээ түүний өмнөх хэн нь ч альфа бөөмс маш том өнцгөөр хазайсан эсэхийг туршилтаар туршиж үзээгүй гэж Рутерфорд тэмдэглэв. Үзэмний торны загвар нь атомд маш нягт, хүнд бүтцийн элементүүд байхыг зөвшөөрөөгүй бөгөөд тэдгээр нь хурдан альфа тоосонцорыг чухал өнцгөөр хазайлгах чадвартай байсан тул хэн ч энэ боломжийг туршиж үзээгүй. Рутерфорд шавь нарынхаа нэгээс уг суурилуулалтыг том хазайлтын өнцгөөр альфа бөөмсийн тархалтыг ажиглах боломжтой байхаар дахин тоноглохыг хүсчээ - зүгээр л ухамсраа цэвэрлэж, энэ боломжийг бүрэн арилгахын тулд. Илрүүлэгч нь натрийн сульфидээр бүрсэн дэлгэц байсан бөгөөд альфа тоосонцор цохиход флюресцент туяа үүсгэдэг материал юм. Зарим бөөмс 180° өнцгөөр хазайсан нь зөвхөн туршилтыг шууд гүйцэтгэсэн оюутан төдийгүй Рутерфордын өөрөө ч гайхширсаныг төсөөлөөд үз дээ!

Резерфордын туршилтын үр дүнд үндэслэн зурсан атомын зургийг өнөөдөр бид сайн мэддэг. Атом нь эерэг цэнэг агуулсан хэт нягт, нягт цөм ба эргэн тойронд сөрөг цэнэгтэй гэрлийн электронуудаас бүрддэг. Хожим нь эрдэмтэд энэ зургийн найдвартай онолын үндэслэлийг бий болгосон (Борын атомыг үзнэ үү), гэхдээ энэ бүхэн цацраг идэвхт материалын жижиг дээж, алтан тугалган цаастай энгийн туршилтаар эхэлсэн.

3.2.Арга Милликен

3.2.1. Товч намтар:

Роберт Милликен 1868 онд Иллинойс мужид ядуу санваартны гэр бүлд төржээ. Тэрээр бага насаа тус мужийн Макуокета хотод өнгөрөөсөн бөгөөд тэнд спортод ихээхэн анхаарал хандуулж, сурган хүмүүжүүлэх чадвар муу байжээ. Жишээлбэл, физикийн хичээл заадаг дунд сургуулийн захирал залуу сонсогчдод хандан: “Яаж долгионоор дуу гаргах боломжтой вэ? Дэмий юм аа, хөвгүүд ээ, энэ бүхэн дэмий зүйл!"

Обердин коллеж илүү сайн байгаагүй ч санхүүгийн дэмжлэггүй Милликен ахлах сургуульд физикийн хичээлийг өөрөө заах ёстой байв. Америкт тэр үед франц хэлнээс орчуулсан физикийн хоёрхон сурах бичиг байсан бөгөөд авъяаслаг залуу тэднийг судалж, амжилттай заахдаа төвөгшөөсөнгүй. 1893 онд Колумбын их сургуульд элсэн орж, дараа нь Германд суралцахаар явсан.

Милликен 28 настай байхдаа А.Мишельсоноос Чикагогийн их сургуульд туслах албан тушаалд ажиллах саналыг хүлээн авч байжээ. Эхлээд тэрээр энд бараг зөвхөн сурган хүмүүжүүлэх ажил эрхэлдэг байсан бөгөөд дөнгөж дөчин настайдаа шинжлэх ухааны судалгаа хийж эхэлсэн нь түүнд дэлхийн алдар нэрийг авчирсан юм.

3.2.2. Анхны туршлага, асуудлыг шийдвэрлэх арга замууд:

Эхний туршилтууд дараах байдалтай байна. 4000 В хүчдэлтэй хавтгай конденсаторын ялтсуудын хооронд ионууд дээр хуримтлагдсан усны дуслуудаас бүрдсэн үүл үүссэн. Нэгдүгээрт, үүлний орой нь цахилгаан орон байхгүй үед унах нь ажиглагдсан. Дараа нь хүчдэл асаалттай үүл үүссэн. Үүл уналт нь таталцлын болон цахилгаан хүчний нөлөөн дор болсон.
Үүл дэх дусал дээр үйлчлэх хүчийг түүний олж авах хурдтай харьцуулсан харьцаа нь эхний болон хоёр дахь тохиолдолд ижил байна. Эхний тохиолдолд хүч нь мг, хоёр дахь нь mg + qE, q нь уналтын цэнэг, E нь цахилгаан орны хүч юм. Хэрэв эхний тохиолдолд хурд нь хоёр дахь υ 2 бол υ 1-тэй тэнцүү бол

Үүл унах хурд υ нь агаарын зуурамтгай чанараас хамааралтай болохыг мэдсэнээр бид шаардлагатай цэнэгийг тооцоолж болно q. Гэсэн хэдий ч энэ арга нь туршилт хийгчийн хяналтаас гадуур таамаглалыг агуулсан байсан тул хүссэн нарийвчлалыг өгч чадаагүй юм.

Хэмжилтийн нарийвчлалыг нэмэгдүүлэхийн тулд юуны өмнө хэмжилтийн явцад зайлшгүй үүссэн үүлний ууршилтыг тооцох арга замыг олох шаардлагатай байв.

Энэ асуудлыг эргэцүүлэн бодоход Милликан сонгодог уналтын аргыг гаргаж ирсэн нь олон тооны гэнэтийн боломжийг нээж өгсөн. Зохиолч өөрөө шинэ бүтээлийн түүхийг ярихыг бид зөвшөөрнө.
"Дуслуудын ууршилтын хурд тодорхойгүй хэвээр байгааг ойлгоод би энэ тодорхойгүй утгыг бүрмөсөн арилгах аргыг олохыг хичээсэн. Миний төлөвлөгөө дараах байдалтай байсан. Өмнөх туршилтуудад цахилгаан орон нь таталцлын нөлөөн дор унах үүлний хурдыг бага зэрэг нэмэгдүүлэх эсвэл багасгах боломжтой байв. Одоо би энэ талбарыг бэхжүүлэхийг маш их хүсч байсан тул үүлний дээд гадаргуу тогтмол өндөрт үлдсэн байв. Энэ тохиолдолд үүлний ууршилтын хурдыг нарийн тодорхойлж, тооцоонд тусгах боломжтой болсон” гэв.

Энэ санааг хэрэгжүүлэхийн тулд Милликан 10 4 В хүртэл хүчдэл үүсгэдэг жижиг оврын цэнэглэдэг батерейг зохион бүтээжээ (тэр үед энэ нь туршилт хийгчийн гайхалтай амжилт байсан). Энэ нь "Мохаммедын авс" шиг үүлийг түдгэлзүүлэх хангалттай хүчтэй талбайг бий болгох ёстой байв. "Надад бүх зүйл бэлэн болсон үед" гэж Милликен хэлээд үүл үүсэх үед би унтраалга эргүүлэхэд үүл цахилгаан талбарт байсан. Тэгээд тэр агшинд миний нүдний өмнө хайлж, өөрөөр хэлбэл Вилсон болон миний хийх гэж байсан шиг хяналтын оптик хэрэгслийн тусламжтайгаар ажиглаж болох бүхэл бүтэн үүлнээс өчүүхэн ч хэсэг үлдсэнгүй. Дээд ба доод ялтсуудын хоорондох цахилгаан талбарт үүл ул мөргүй алга болсон нь туршилт үр дүнгүй дууссан гэсэн үг юм...” Гэсэн хэдий ч шинжлэх ухааны түүхэнд олонтаа тохиолдож байсан шиг бүтэлгүйтэл нь надад эхэндээ санагдсан. шинэ санаа руу орох. Энэ нь алдартай уналтын аргад хүргэсэн. "Дахин дахин хийсэн туршилтууд" гэж Милликан бичжээ, "үүл тархсаны дараа хүчирхэг цахилгаан орон зайд, оронд нь байгааг харуулсан. хэд хэдэн бие даасан усны дуслыг ялгаж болно"(би онцолсон - В.Д.). "Амжилтгүй" туршилт нь бие даасан дуслыг тэнцвэрт байдалд байлгаж, тэдгээрийг нэлээд удаан хугацаанд ажиглах боломжийг олж илрүүлэхэд хүргэсэн.

Гэвч ажиглалтын явцад усны дусалын масс ууршилтын үр дүнд ихээхэн өөрчлөгдсөн бөгөөд Милликан олон хоног хайсны эцэст газрын тосны дуслаар туршилт хийжээ.

Туршилтын процедур нь энгийн байсан. Адиабат тэлэлт нь конденсаторын ялтсуудын хооронд үүл үүсгэдэг. Энэ нь өөр өөр хэмжээ, тэмдэг бүхий цэнэгтэй дуслуудаас бүрдэнэ. Цахилгаан талбарыг асаахад конденсаторын дээд хавтангийн цэнэгтэй ижил цэнэгтэй дусал хурдан унаж, эсрэг цэнэгтэй дуслууд дээд хавтанд татагдана. Гэхдээ тодорхой тооны дусал ийм цэнэгтэй байдаг тул таталцлын хүчийг цахилгаан хүчээр тэнцвэржүүлдэг.

7 эсвэл 8 минутын дараа. үүл сарниж, харааны талбарт цөөн тооны дусал үлддэг бөгөөд цэнэг нь заасан хүчний тэнцвэртэй тохирч байна.

Милликан эдгээр дуслыг тодорхой тод цэгүүд гэж ажиглав. "Эдгээр дуслуудын түүх ихэвчлэн ийм байдаг" гэж тэр бичжээ: "Таталцлын хүч талбайн хүчнээс бага зэрэг давамгайлсан тохиолдолд аажмаар унаж эхэлдэг, гэхдээ аажмаар ууршдаг тул доошоо чиглэсэн хөдөлгөөн нь удалгүй зогсдог. нэлээд удаан хөдөлгөөнгүй болно." Дараа нь талбай давамгайлж, дусал аажмаар дээшилж эхэлдэг. Тэдний амьдралын төгсгөлд ялтсуудын хоорондох зайд энэ дээш чиглэсэн хөдөлгөөн маш хүчтэй хурдасч, дээд хавтан руу өндөр хурдтайгаар татагддаг."

3.2.3. Суурилуулалтын тодорхойлолт:

1909 онд шийдэмгий үр дүнд хүрсэн Millikan-ийн суурилуулалтын диаграммыг Зураг 17-д үзүүлэв.

M ба N дугуй гуулин хавтангаар хийсэн хавтгай конденсаторыг 22 см диаметртэй (тэдгээрийн хоорондох зай 1.6 см) C камерт байрлуулав. Дээд талын хавтангийн голд жижиг нүх р хийсэн бөгөөд үүгээр газрын тосны дусал дамждаг. Сүүлийнх нь шүршигч ашиглан газрын тосны урсгалыг шахах замаар үүссэн. Өмнө нь шилэн хөвөнтэй хоолойгоор дамжин агаарыг тоосноос цэвэрлэж байсан. Газрын тосны дуслууд нь ойролцоогоор 10-4 см диаметртэй байв.

Батерей В-ээс конденсаторын ялтсууд руу 10 4 В-ийн хүчдэлийг нийлүүлсэн бөгөөд унтраалга ашиглан ялтсуудыг богино холболт хийх боломжтой байсан бөгөөд энэ нь цахилгаан талбарыг устгах болно.

М ба N хавтангийн хооронд унасан тосны дуслууд нь хүчтэй эх үүсвэрээр гэрэлтэж байв. Дуслын үйл ажиллагааг дурангаар цацрагийн чиглэлд перпендикуляр ажиглав.

Дусал конденсацид шаардлагатай ионуудыг ялтсуудын хажуугаас 3-10 см зайд байрлах 200 мг жинтэй радиумаас цацрагаар үүсгэсэн.

Тусгай төхөөрөмж ашиглан поршений доош буулгах нь хийг өргөжүүлсэн. Өргөтгөсөний дараа 1 - 2 секундын дараа радиумыг арилгаж эсвэл хар тугалганы дэлгэцээр бүрхсэн. Дараа нь цахилгаан талбарыг асааж, дуран руу дуслыг ажиглаж эхлэв. Уг хоолой нь тодорхой хугацаанд дуслаар туулсан замыг тоолох боломжтой масштабтай байв. Цагийг цоожтой нарийвчлалтай цаг ашиглан тэмдэглэв.

Ажиглалтынхаа үеэр Милликан бие даасан энгийн цэнэгийн дараагийн нарийн хэмжилтийн бүх цувралын түлхүүр болсон үзэгдлийг олж нээсэн.

Милликан "Түдгэлзүүлсэн дуслууд дээр ажиллаж байхдаа би тэдгээрийг радийн туяанаас хамгаалахаа хэд хэдэн удаа мартсан" гэж бичжээ. Дараа нь би нэг дуслууд нь үе үе цэнэгээ гэнэт өөрчилж, талбайн дагуу эсвэл түүний эсрэг хөдөлж эхэлснийг анзаарсан бөгөөд эхний тохиолдолд эерэг, хоёр дахь тохиолдолд сөрөг ионыг барьж авав. Энэ нь тэр үеийг хүртэл миний хийж байсан шиг ганц дуслын цэнэгийг төдийгүй агаар мандлын ионы цэнэгийг найдвартай хэмжих боломжийг нээж өгсөн юм.

Үнэн хэрэгтээ, нэг дуслын хурдыг ион барихаас өмнө, дараа нь хоёр удаа хэмжсэнээр би уналтын шинж чанар, орчны шинж чанарыг бүрэн үгүйсгэж, зөвхөн цэнэгтэй пропорциональ утгатай ажиллах боломжтой байсан. баригдсан ионы."

3.2.4. Үндсэн төлбөрийн тооцоо:

Энгийн цэнэгийг Милликан дараахь үндэслэлээр тооцоолсон. Дуслын хөдөлгөөний хурд нь түүнд үйлчлэх хүчтэй пропорциональ бөгөөд дуслын цэнэгээс хамаардаггүй.
Хэрэв таталцлын нөлөөн дор зөвхөн v хурдтай конденсаторын ялтсуудын хооронд дусал унасан бол

Таталцлын эсрэг чиглэсэн талбарыг асаахад нөлөөлөх хүч нь qE - mg зөрүү байх бөгөөд q нь уналтын цэнэг, E нь талбайн хүч чадлын модуль юм.

Уналтын хурд нь дараахтай тэнцүү байна.

υ 2 =k(qE-mg) (2)

Хэрэв бид тэгш байдлыг (1) (2) -д хуваавал бид олж авна

Эндээс

Дусал ионыг барьж аваад цэнэг нь q"-тэй тэнцүү болбол хөдөлгөөний хурд нь υ 2. Энэ баригдсан ионы цэнэгийг e гэж тэмдэглэе.

Дараа нь e= q"- q.

(3) ашиглан бид олж авна

Өгөгдсөн уналтын хувьд утга нь тогтмол байна.

3.2.5. Милликан аргын дүгнэлт

Иймээс дусалд баригдсан аливаа цэнэг хурдны зөрүүтэй (υ " 2 - υ 2) пропорциональ, өөрөөр хэлбэл ион барьж авснаас болж уналтын хурдны өөрчлөлттэй пропорциональ байна! энгийн цэнэгийн хэмжилт нь уналтаар явсан замыг хэмжихэд багассан бөгөөд олон тооны ажиглалтууд нь (4) томъёоны үнэн зөвийг харуулсан e, 2e, 3e, 4e гэх мэт төлбөрүүд үргэлж ажиглагдаж байна.

"Ихэнх тохиолдолд" гэж Милликан бичжээ, "уналт нь тав, зургаан цагийн турш ажиглагдсан бөгөөд энэ хугацаанд найм, арван ион биш, харин хэдэн зуун ионыг барьжээ. Нийтдээ би ийм байдлаар олон мянган ионууд баригдаж байгааг ажигласан бөгөөд бүх тохиолдолд баригдсан цэнэг нь... баригдсан бүх цэнэгийн хамгийн багатай яг тэнцүү эсвэл энэ нь жижиг бүхэл үржвэртэй тэнцүү байсан. үнэ цэнэ. Энэ нь электрон нь "статистикийн дундаж" биш, харин ионуудын бүх цахилгаан цэнэг нь электроны цэнэгтэй яг тэнцүү эсвэл энэ цэнэгийн жижиг бүхэл үржвэрийг төлөөлдөг гэдгийг шууд бөгөөд үгүйсгэх аргагүй нотолгоо юм."

Тиймээс цахилгаан цэнэгийн атом, салангид байдал эсвэл орчин үеийн хэлээр квантчлах нь туршилтын баримт болжээ. Одоо электрон бол хаа сайгүй оршдог гэдгийг харуулах нь чухал байсан. Ямар ч шинж чанартай биеийн аливаа цахилгаан цэнэг нь ижил энгийн цэнэгийн нийлбэр юм.

Милликаны арга нь энэ асуултад хоёрдмол утгагүй хариулах боломжтой болсон. Эхний туршилтуудад цацраг идэвхт цацрагийн урсгалаар төвийг сахисан хийн молекулуудыг ионжуулах замаар цэнэгийг бий болгосон. Дусалд баригдсан ионуудын цэнэгийг хэмжсэн.

Шингэнийг шүршигч саваар шүрших үед дуслууд нь үрэлтийн улмаас цахилгаанждаг. Үүнийг 19-р зуунд сайн мэддэг байсан. Эдгээр цэнэгүүд нь ионы цэнэгийн нэгэн адил квантлагдсан уу? Милликан шүршсэний дараа дуслыг "жигнэж", цэнэгийг дээр дурдсан аргаар хэмждэг. Туршлага нь цахилгаан цэнэгийн ижил салангид байдлыг харуулж байна.

Тос (диэлектрик), глицерин (хагас дамжуулагч), мөнгөн ус (дамжуулагч) дуслаар цацаж, Милликан аливаа физик шинж чанартай биетүүдийн цэнэг нь бүх тохиолдолд хатуу тогтмол хэмжээтэй бие даасан элементийн хэсгүүдээс бүрддэг болохыг нотолж байна. 1913 онд Милликан олон тооны туршилтуудын үр дүнг нэгтгэн дүгнэж, энгийн цэнэгийн хувьд дараах утгыг өгсөн: e = 4.774. 10-10 нэгж SGSE төлбөр. Орчин үеийн физикийн хамгийн чухал тогтмолуудын нэг ийм байдлаар бий болсон юм. Цахилгаан цэнэгийг тодорхойлох нь энгийн арифметикийн асуудал болжээ.

3.4 Комптон зургийн арга:

C.T.R-ийн нээлт нь электроны бодит байдлын санааг бэхжүүлэхэд чухал үүрэг гүйцэтгэсэн. Вилсон, усны уурын конденсацын ионуудад үзүүлэх нөлөө нь бөөмийн мөрийг зураг авах боломжийг бий болгосон.

А.Комптон лекц уншиж байхдаа эргэлзсэн сонсогчдод бичил бөөмс байдаг гэсэн бодит байдалд итгүүлж чадаагүй гэж тэд хэлэв. Тэр хоёрыг нүдээрээ хараад л итгэнэ гэж зүтгэсэн.
Дараа нь Комптон альфа бөөмийн мөр бүхий гэрэл зургийг үзүүлэв, түүний хажууд хурууны хээ байв. "Энэ юу болохыг та мэдэх үү?" гэж Комптон асуув. "Хуруу" гэж сонсогч хариулав. "Тийм бол энэ гэрэлтдэг зураас бол бөөмс юм" гэж Комптон сүртэй хэлэв.
Электрон замуудын гэрэл зургууд нь электронуудын бодит байдлыг гэрчлээд зогсохгүй. Тэд электронуудын жижиг хэмжээтэй гэсэн таамаглалыг баталж, электрон радиусыг багтаасан онолын тооцооллын үр дүнг туршилттай харьцуулах боломжтой болгосон. Ленардын катодын цацрагийн нэвчилтийн хүчийг судалснаар эхэлсэн туршилтууд нь цацраг идэвхт бодисоос ялгарах маш хурдан электронууд нь хийн дотор шулуун шугам хэлбэрээр зам үүсгэдэг болохыг харуулсан. Замын урт нь электрон энергитэй пропорциональ байна. Өндөр энергитэй α-бөөмсүүдийн замуудын гэрэл зургуудаас харахад замууд нь олон тооны цэгүүдээс бүрддэг. Цэг бүр нь электрон атомтай мөргөлдсөний үр дүнд үүссэн ион дээр гарч ирдэг усны дусал юм. Атомын хэмжээ, түүний концентрацийг мэдсэнээр альфа бөөмс өгөгдсөн зайд дамжин өнгөрөх атомуудын тоог тооцоолж болно. Энгийн тооцоогоор альфа бөөм нь атомын бүрхүүлийг бүрдүүлдэг электронуудын аль нэгтэй нь таарч иончлол үүсгэхээс өмнө ойролцоогоор 300 атомыг туулах ёстойг харуулж байна.

Энэ баримт нь электронуудын эзэлхүүн нь атомын эзэлхүүний өчүүхэн хэсэг гэдгийг баттай харуулж байна. Бага энергитэй электроны зам муруй байдаг тул удаан электрон нь атомын дотоод талбарт хазайдаг. Энэ нь замынхаа дагуу илүү их иончлолын үйл явдлуудыг үүсгэдэг.

Тархалтын онолоос электрон энергиэс хамааран хазайлтын өнцгийг тооцоолох өгөгдлийг олж авч болно. Эдгээр өгөгдөл нь бодит замуудын дүн шинжилгээгээр батлагдсан.

Дүгнэлт:

Энгийн цахилгаан цэнэгийг хэмжих нь хэд хэдэн чухал физик тогтмолуудыг нарийн тодорхойлох боломжийг нээж өгсөн.
e-ийн утгыг автоматаар мэдэх нь үндсэн тогтмол - Авогадрогийн тогтмолын утгыг тодорхойлох боломжтой болгодог. Милликаны туршилт хийхээс өмнө хийн кинетик онолоор өгөгдсөн Авогадрогийн тогтмол байдлын бүдүүлэг тооцоо л байсан. Эдгээр тооцоолол нь агаарын молекулын дундаж радиусын тооцоонд үндэслэсэн бөгөөд 2-оос нэлээд өргөн хүрээнд хэлбэлзэж байв. 10 23-аас 20 хүртэл. 10 23 1/моль.

Электролитийн уусмалаар дамжсан Q цэнэг ба электрод дээр хуримтлагдсан M бодисын хэмжээг бид мэднэ гэж үзье. Дараа нь, хэрэв ионы цэнэг Ze 0, масс нь m 0 бол тэгш байдал биелнэ

Хэрэв хуримтлагдсан бодисын масс нэг мольтэй тэнцүү бол

дараа нь Q = F- Фарадей тогтмол ба F = N 0 e, үүнээс:

Авогадрогийн тогтмолыг тодорхойлох нарийвчлал нь электрон цэнэгийг хэмжсэн нарийвчлалаар тодорхойлогддог нь ойлгомжтой. Практик нь үндсэн тогтмолуудыг тодорхойлох нарийвчлалыг нэмэгдүүлэх шаардлагатай болсон бөгөөд энэ нь цахилгаан цэнэгийн квантыг хэмжих арга зүйг үргэлжлүүлэн сайжруулах хөшүүрэг болсон юм. Өдгөө цэвэр хэмжилзүйн шинж чанартай болсон энэ ажил өнөөг хүртэл үргэлжилж байна.

Одоогоор хамгийн зөв утгууд нь:

e = (4.8029±0.0005) 10 -10. нэгж SGSE төлбөр;

N 0 = (6.0230±0.0005) 10 23 1/моль.

N o-г мэдсэнээр 1 см 3 дахь хийн молекулуудын тоог тодорхойлох боломжтой, учир нь 1 моль хий эзэлдэг эзэлхүүн нь аль хэдийн мэдэгдэж байсан тогтмол утга юм.

1 см 3 талбайд хийн молекулуудын тоог мэдсэнээр молекулын дулааны хөдөлгөөний дундаж кинетик энергийг тодорхойлох боломжтой болсон. Эцэст нь электроны цэнэгээс дулааны цацрагийн хуулиар Планк тогтмол ба Стефан-Больцманы тогтмолыг тодорхойлж болно.