Кабинет физики СПбАППО

Из статьи Дж. Дж. Томсона
"Катодные лучи"


Эксперименты, обсуждаемые в этой работе, были предприняты для получения сведений о природе катодных лучей. Существуют самые разнообразные мнения об этих лучах. Согласно почти единодушному мнению немецких физиков, они вызваны каким-то процессом в эфире, так как в однородном магнитном поле их движение круговое, а не прямолинейное...; другая точка зрения об этих лучах полностью отлична от эфирной: лучи всецело материальны, и отмечают траектории частичек вещества, заряженных отрицательным электричеством. С первого взгляда может показаться, что не трудно определить разницу между этими точками зрения; однако опыт показывает, что это не так, ибо среди физиков, которые глубоко изучили этот предмет, можно найти сторонников и той и другой теории.
В целях научного исследования большое преимущество над эфирной теорией имеет теория электрически заряженных частиц...
Чтобы проверить некоторые следствия теории электрически заряженных частиц, были проведены следующие эксперименты...


Отклонение катодных лучей электростатическим полем

Возражение, обычно возникающее против точки зрения, что катодные лучи являются отрицательно заряженными частицами, основано на том, что до настоящего времени не наблюдалось отклонения лучей под действием маленькой электростатической силы, хотя когда эти лучи проходят рядом с электродами, соединенными с источниками большой разности потенциалов, такими, как индукционные катушки или электрические машины, они отклоняются. Отклонение в этом случае истолковывается сторонниками эфирной теории как результат разряда между электродами, а не действия электростатического поля. Герц заставил лучи пройти между двумя параллельными металлическими пластинками, помещенными внутри разрядной трубки, но обнаружил, что они не отклонились, когда пластины были соединены с батареей гальванических элементов. Повторив этот эксперимент, я сначала получил тот же результат. Но последующие эксперименты показали, что отсутствие отклонения вызвано проводимостью, которую разреженный газ получил под действием катодных лучей. Измерив эту проводимость, я обнаружил, что она очень быстро уменьшалась по мере того как разрежение увеличивалось. Казалось, что, повторяя опыт Герца при очень высокой разреженности, можно будет обнаружить отклонение катодных лучей под действием электростатической силы.
Используемый прибор схематично показан на рисунке ... Лучи от катода С проходят через щель в аноде А, который представляет собой металлическую пробку, плотно вставленную в трубку и связанную с землей. После прохождения через вторую щель в другой заземленной металлической пробке В лучи проходят между двумя параллельными алюминиевыми пластинами, имеющими около 5 см в длину и 2 см в ширину; пластины расположены на расстоянии 1,5 см друг от друга. Затем лучи попадают на стенку трубки и дают узкое хорошо очерченное пятно. Шкала, помещенная на внешней стороне трубки, служит для измерения отклонения этого пятна. При высокой разреженности луч отклонялся, когда алюминиевые пластины были соединены с клеммами небольшой батареи аккумуляторов. Лучи отклонялись вниз, когда верхняя пластинка была соединена с отрицательным полюсом батареи, а нижняя - с положительным, и отклонялись вверх, когда верхняя пластинка соединялась с положительным полюсом, а нижняя - с отрицательным. Отклонение было пропорционально разности потенциалов между пластинками, и я уже смог обнаружить отклонение, когда разность потенциалов составляла всего 2 В. Отклонение имело место, только когда вакуум был хороший...

Магнитное отклонение катодных лучей в разных газах

Так как катодные лучи несут заряд отрицательного электричества, они отклоняются электростатической силой, как если бы они были отрицательно наэлектризованы, и на них действует магнитная сила таким образом, как эта сила действовала бы на отрицательно наэлектризованное тело, движущееся по траектории этих лучей. Я не могу не прийти к заключению, что они являются зарядами отрицательного электричества, которое несут частицы вещества. Возникает следующий вопрос: что это за частицы - атомы ли они или молекулы, или еще более мелкие частицы вещества? Чтобы пролить свет на этот вопрос, я провел серию измерений отношения массы этих частиц к их заряду. С этой целью я использовал два независимых метода. Первый из них состоит в следующем. Рассмотрим пучок однородных катодных лучей. Пусть m - масса каждой частицы, е - ее заряд, N - количество частиц, проходящих через поперечное сечение луча в определенное время. Количество электричества Q, которое несут частицы, определяется формулой
Ne = Q.
Мы сможем измерить Q, если получим катодные лучи внутри сосуда, соединенного с электрометром. Когда эти лучи ударяются о твердое тело, температура этого тела повышается: кинетическая энергия движущихся частиц превращается в тепло. Если мы предположим, что в тепло переходит вся энергия частиц, и измерим вызванное ударом этих лучей увеличение температуры тела известной теплоемкости, мы сможем определить кинетическую энергию частиц W:
,
где v - скорость частиц. Если r - радиус кривизны траектории этих лучей в однородном магнитном поле с индукцией В, то можно записать:

где через I обозначено для краткости произведение . Из этих уравнен уравнений мы получаем:

Таким образом, зная величины Q, W и I, мы можем найти u и .
Результаты серии измерений с этими трубками даны в следующей таблице.

, *103    Дж/Кл

I,
*10-6    Вб/
м

, *10-11    кг/Кл

u,
*103     м/с

Воздух

4,6

230

0,57

4

Воздух

18

350

0,34

10

Воздух

6,1

230

0,43

5,4

Водород

60

205

0,35

6

Водород

21

460

0,5

9,2

Углекислый газ

8,4

260

0,4

7,5

Углекислый газ

14,7

340

0,4

8,5

Из этой таблицы мы видим, что величина - не зависит от природы газа и что ее значение 10 -11очень мало по сравнению с наименьшим известным значением 10-8 , полученным для водородного иона в электролизе.
Таким образом, для носителей электричества в катодных лучах величина - очень мала по сравнению со значением этой величины для носителей заряда в электролизе. Малость величины может быть вызвана малым значением массы m или большим значением заряда е...
Если в очень сильном электрическом поле вблизи катода молекулы газа расщепляются не на обычные химические атомы, а на исконные атомы, которые мы для краткости будем называть корпускулами, и если эти корпускулы заряжены электричеством и выбрасываются из катода при помощи электрического поля, то они будут вести себя точно так же, как катодные лучи...
Таким образом, с этой точки зрения в катодных лучах мы имеем вещество в новом состоянии, в котором деление вещества идет намного дальше, чем в обычном газовом состоянии; это состояние, в котором все вещество, полученное от разных источников, таких, как водород, углерод и т. д., есть вещество одного и того же вида. Это вещество, из которого построены все химические элементы.
Количество вещества, полученное посредством диссоциации в катоде, так мало, что почти исключается возможность какого-либо прямого химического исследования свойств этого вещества.

Рекомендуем использовать новую версию сайта!

Рейтинг@Mail.ru www.EduSpb.com Объединение учителей Санкт-Петербурга www.PackAndCandle.com Индекс цитирования


Hosted by DELFA