categorii: Articole prezentate » Fapte interesante
Număr de vizualizări: 9906
Comentarii la articol: 0

Inerția unui electron: experimente Tolman - Stuart și Mandelstam - Papaleksi

 

Experimentele pentru a găsi răspunsul la întrebarea dacă electronii au o masă inertă au fost efectuate de oamenii de știință chiar de la începutul secolului XX. Aceste experimente au ajutat comunitatea științifică din acea vreme să se stabilească în acceptarea faptului că curentul electric din metale este format exact din particule încărcate negativ - electroni și nu ioni încărcați pozitiv, așa cum se poate presupune.

Inerția unui electron: experimente Tolman - Stuart și Mandelstam - Papaleksi

Primul experiment calitativ, care a ilustrat că particulele încărcate care formează curentul electric din metale posedă precis masă, a fost realizat de oamenii de știință (apoi Imperiul Rus) Leonid Isaakovich Mandelstam și Nikolai Dmitrievich Papaleksi, acest lucru a avut loc în 1913.

Trei ani mai târziu, în 1916, a fost realizat un experiment mai precis de către fizicienii americani Richard Tolman și Thomas Stewart, care în activitatea lor nu numai că au arătat că electronul are o masă într-un metal, dar l-a măsurat cu exactitate printr-o metodă indirectă folosind un galvanometru.

Pentru a înțelege principiul acestor experimente timpurii, imaginați-vă un tramvai pe care pasagerii merg la muncă dimineața devreme. Aici tramvaiul s-a împrăștiat așa cum trebuie, iar în fața lui un pieton risipit curge chiar pe drum.

Șoferul tramvaiului, care dorește să salveze viața săracului, apasă brusc pe frâne - pasagerii din habitaclu sunt îndepărtați instantaneu de toată mulțimea. Și le suflă cu forța inerției, pentru că fiecare pasager are o masă. Iar acei pasageri care erau cei mai apropiați de cabina de tramvai vor lovi dureros peretele.

Dispozitivul pentru experiment

Mandelstam și Papaleksi s-au gândit în același mod. Au luat o bobină de sârmă, echipată cu contacte glisante concluziile sale izolate de carcasă și au conectat un difuzor (căști) la contactele glisante. Ei dezleagă bobina din dreapta - oprit brusc - un clic a sunat în dinamică.

Răsucit spre stânga - frânat brusc - faceți clic din nou în dinamică. Concluzie: în momentul opririi bobinei, un fir de curent trece prin firul său, care apare datorită faptului că electronii în momentul frânării bobinei sunt aruncați la marginea sârmei, ca pasagerii dintr-un tramvai.

Iar forța inerției joacă aici rolul unei forțe externe, care creează ceea ce poate fi măsurat ca EMF. Această concluzie, desigur, nu a permis cercetătorilor să recunoască semnul transportatorilor de taxă și să-i identifice în mod unic, cu toate acestea, experimentul lui Mandelstam și Papaleksi a arătat clar că curentul din metale își păstrează calea prin zăbrele de cristal, ceea ce înseamnă că este conectat la liber transportatori de taxă

Experimentele Mandelstam și Papaleksi

Tolman și Stuart au decis să meargă puțin mai departe. De asemenea, au înfășurat bobina, doar lungimea sârmei a fost măsurată exact egală cu 500 de metri și au început să o dezlege. A fost neatins până la o viteză liniară de exact 500 m / s pentru a cunoaște raportul dintre emf obținut și accelerație.

Deja nu un difuzor, ci un dispozitiv mai informativ, un galvanometru, era conectat la bornele culisante ale bobinei. La sfârșitul experimentului, cercetătorii au integrat forța străină pe întreaga lungime a conductorului bobinei și au obținut o expresie pentru EMF creată de forța de inerție externă când viteza se schimbă la zero.

Expresie pentru EMF creată de o forță externă de inerție atunci când viteza se schimbă la zero

Sarcina totală care trece prin conductor poate fi calculată conform legii lui Ohm, ținând cont de rezistența cablului bobinei. Așadar, cunoscând viteza sârmei înainte de frânare, lungimea firului, rezistența acestuia, direcția de rotație, timpul de frânare, amploarea și semnul emf, puteți găsi semnul și mărimea încărcării specifice, realizată de Stuart și Tolman.

Cunoscând viteza de mișcare a sârmei înainte de frânare, lungimea firului, rezistența acestuia, direcția de rotație, timpul de frânare, mărimea și semnul emf, puteți găsi semnul și mărimea încărcării specifice

Astăzi nu mai pare ciudat pentru nimeni faptul că raportul dintre sarcina electronilor și masa măsurată de Stuart și Tolman a coincis cu cea obținută acum aproape 20 de ani, în 1897 de J.J. Thomson, sarcina specifică a particulelor care alcătuiau razele catodice. Acum știm probabil că atât razele catodice, cât și curentul din metale sunt formate din aceleași particule elementare încărcate negativ - electroni.

Consultați și la i.electricianexp.com:

  • Unde curge electricitatea?
  • Tensiunea, rezistența, curentul și puterea sunt principalele cantități electrice
  • „Totul curge” sau Legea lui Ohm pentru curioși
  • Tranzistoare optice - Viitorul electronicelor
  • Experimente distractive. Noul design al celui mai simplu motor electric

  •