Електрон як елементарна частинка електричного заряду

переноситься 6,288 *10 18 електронів. Через лампочку потужністю

60 Вт при напрузі 120 В за секунду проходить 3,144 *1018 електронів!

Мимоволі виникає запитання, наскільки можна вірити наведеним числам. Що це – сміливе припущення чи результат дійсних вимірювань ? Якщо вимірювань, то ким, коли і як ці вимірювання зроблені.

Історія електрона починається з другої половини 19 ст.,коли англійський фізик Фарадей установив закон електролізу. Розкладання хімічних сполук під дією електричного струму було відоме ще до Фарадея. Саме слово “електроліз” він увів, так само як і терміни “електроліти” для розчинів кислот, солей, лугів і основ, “електроди “ для полюсів, підводять до рідини струм, “іони” для частинок, на які розпадається розчинена речовина. Зазначимо, що слово “іон” грецьке, в перекладі означає “подорожній”, “мандрівник”. Розкладання електролітів на іони – електролітична дисоціація – зумовлюється не електричним струмом, а тим, що вода має властивість у 81 раз послаблювати притягання між іонами в кристалічній решітці хімічних сполук.

Наша основна мета – з’ясувати, як зародилася думка про існування електронів. Власне кажучи, на цю думку наштовхує вже закон електролізу, встановлений Фарадеєм.

Закон електролізу формулюється так: маса речовини, яка виділяється на електроді за час t під час проходження електричного струму, пропорційна силі струму і часу: m=klt, де k- коефіцієнт пропорційності, що залежить від природи речовини.

У 1879 р. Уільям Крукс прочитав перед Лондонським Королівським товариством доповідь під заголовком “Молекулярна фізика при великих розрідженнях”. У цій доповіді він показав, що коли відкачати повітря в трубці з впаяними електродами, то в трубці на протилежному до катода кінці при високій напрузі виникає зеленувате світіння скла – фосфоресценція. Якщо позитивний полюс впаяти в інше місце, то світіння все одно виникає на кінці протилежному до поверхні катода, ніби від катода йде потік проміння в прямому напрямі (катодне проміння).Розміщуючи на шляху катодного проміння металевий екран, наприклад: у вигляді зірки, можна дістати тінь його в зеленувато-фосфореціюючій ділянці трубки; це ще більше підтверджує прямолінійність катодного проміння.

У Кембриджі працював один з найвидатніших фізиків 19 ст. Джозеф Джон Томсон. Він ретельно дослідив катодне проміння.

Визначні в історії фізики досліди Томсона на відхилення катодного

Проміння в магнітному або електричному полі показали, що катодне проміння – це пучок швидких електрично заряджених частинок. Томсону довелося довести, що заряд цих частинок тотожний елементарному заряду, виявленому Фарадеєм у дослідах з електролізу. Отже, катодне проміння – це потік заряджених частинок-електронів. Оскільки електричний струм має магнітні властивості, то природно, що електрони, які летять в трубці,відхиляються під впливом магніту. Електричне поле також діє на заряджену частину.Томсон ставив досліди в багатьох варіантах. Камінь кинутий горизонтально, відхиляється від горизонтальної лінії силою земного притягання. Так само електрон відхиляється силою, з якою діє на нього магнітне чи електричне поле. Для магнітного поля ця сила F=BeV, де В – магнітна індукція, е- заряд електрона.V- швидкість його руху. Для електричного поля відхиляюча сила дорівнюватиме Ее. Під дією цієї сили електрон набуде прискорення а= Ее/m в напрямі до нижньої позитивно зарядженої пластинки конденсатора і зміститься від горизонталі на відстань S=1/2at2=1/2*Ee/m*t2.

Час проходження між пластинками конденсатора довжиною l знайдемо за формулою рівномірного руху t=l/V.Підставляючи це значення у формулу для S, дістанемо :

½*Ee/m*t2/V2. Звідси e/m*1/V2=2S/Et2.

Величини правої частини рівняння можна визначити з досліду, а в лівій частині залишаються дві невідомі : відношення e/m і швидкість V. Щоб визначити швидкість, Томсон застосував метод зрівноважування дії електричного поля дією відповідно підібраного магнітного поля. Тоді світна пляма на екрані залишиться нерухомою на осі приладу. Оскільки при цьому електрична і магнітні сили рівні, то Ee=BeV, звідки V=E/B.

Визначивши швидкість, можна за попередньою формулою знайти й відношення e/m. Дослід повторювали багато разів ; тепер