Kooli entsüklopeedia. Kokkuvõte: Elektrilise elementaarlaengu määramise meetodid Laboritööd elektroni laengu määramiseks elektrolüüsi teel

Vene Föderatsiooni haridusministeerium

Amuuri Riiklik Pedagoogikaülikool

Elementaarse elektrilaengu määramise meetodid

Lõpetanud õpilane 151g.

Venzelev A.A.

Kontrollis: Cheraneva T.G.

Sissejuhatus.

1. Elektroni avastamise taust

2. Elektroni avastamise ajalugu

3. Katsed ja meetodid elektroni avastamiseks

3.1.Thomsoni eksperiment

3.2.Rutherfordi kogemus

3.3. Millikani meetod

3.3.1. lühike elulugu

3.3.2. Paigalduse kirjeldus

3.3.3. Algtasu arvutamine

3.3.4. Järeldused meetodist

3.4. Comptoni pildistamise meetod

Järeldus.

Sissejuhatus:

ELEKTRON – esimene avastatud elementaarosake; väikseima massi ja väikseima elektrilaengu materjalikandja looduses; aatomi komponent.

Elektronide laeng on 1,6021892. 10-19 Cl

4.803242. 10-10 ühikut SSSE

Elektroni mass on 9,109534. 10-31 kg

Eritasu e/m e 1,7588047. 10 11 Cl. kg -1

Elektroni spin on võrdne 1/2-ga (h ühikutes) ja sellel on kaks projektsiooni ±1/2; elektronid järgivad Fermi-Dirac statistikat, fermionid. Nende suhtes kehtib Pauli välistamise põhimõte.

Elektroni magnetmoment on võrdne - 1,00116 m b, kus m b on Bohri magneton.

Elektron on stabiilne osake. Katseandmetel on eluiga t e > 2. 10 22 aastat vana.

Ei osale tugevas interaktsioonis, lepton. Kaasaegne füüsika peab elektroni tõeliselt elementaarseks osakeseks, millel pole struktuuri ega suurust. Kui viimased on nullist erinevad, siis elektronraadius r e< 10 -18 м

1.Ava taust

Elektroni avastamine oli arvukate katsete tulemus. 20. sajandi alguseks. elektroni olemasolu tehti kindlaks mitmete sõltumatute katsetega. Kuid vaatamata tervete rahvuskoolide kogutud kolossaalsele eksperimentaalsele materjalile jäi elektron hüpoteetiliseks osakeseks, sest kogemus ei olnud veel paljudele fundamentaalsetele küsimustele vastanud. Tegelikkuses võttis elektroni “avastamine” aega üle poole sajandi ega lõppenud 1897. aastal; Selles osalesid paljud teadlased ja leiutajad.

Esiteks ei olnud ühtegi katset, mis hõlmaks üksikuid elektrone. Elementaarlaeng arvutati mikroskoopilise laengu mõõtmiste põhjal, eeldades mitme hüpoteeside paikapidavust.

Põhimõtteliselt olulises punktis valitses ebakindlus. Elektron ilmus esmalt elektrolüüsiseaduste aatomilise tõlgendamise tulemusena, seejärel avastati see gaaslahendusest. Ei olnud selge, kas füüsika tegeleb tegelikult sama objektiga. Suur rühm skeptilisi loodusteadlasi uskus, et elementaarlaeng on kõige erinevama suurusega laengute statistiline keskmine. Pealegi ei andnud ükski elektroni laengu mõõtmise katsetest rangelt korratavaid väärtusi.
Leidus skeptikuid, kes üldiselt elektroni avastamist ignoreerisid. Akadeemik A.F. Ioff oma mälestustes oma õpetajast V.K. Roentgene kirjutas: “Kuni 1906–1907. sõna elektron ei oleks tohtinud öelda Müncheni ülikooli füüsikainstituudis. Roentgen pidas seda tõestamata hüpoteesiks, mida kasutatakse sageli ilma piisava aluseta ja asjatult.

Elektroni massi küsimus pole lahendatud ja pole tõestatud, et nii juhtide kui ka dielektrikute laengud koosnevad elektronidest. Mõistel “elektron” puudus ühemõtteline tõlgendus, sest katse ei olnud veel paljastanud aatomi struktuuri (Rutherfordi planeedimudel ilmus 1911. aastal ja Bohri teooria 1913. aastal).

Elektron pole veel teoreetilistesse konstruktsioonidesse sisenenud. Lorentzi elektroonika teoorias oli pidevalt jaotatud laengutihedus. Drude'i välja töötatud metallilise juhtivuse teooria käsitles diskreetseid laenguid, kuid need olid suvalised laengud, mille väärtusele ei seatud piiranguid.

Elektron pole veel “puhta” teaduse raamidest lahkunud. Meenutagem, et esimene elektrontoru ilmus alles aastal 1907. Usult veendumuse poole liikumiseks oli vaja ennekõike elektron isoleerida ja leiutada meetod elementaarlaengu otseseks ja täpseks mõõtmiseks.

Selle probleemi lahendus ei lasknud end kaua oodata. 1752. aastal väljendas idee elektrilaengu diskreetsusest esmakordselt B. Franklin. Eksperimentaalselt põhjendati laengute diskreetsust elektrolüüsi seadustega, mille avastas M. Faraday 1834. Elementaarlaengu (väikseim looduses leitud elektrilaeng) arvuline väärtus arvutati teoreetiliselt elektrolüüsi seaduste alusel, kasutades Avogadro arvu . Elementaarlaengu otsese eksperimentaalse mõõtmise viis läbi R. Millikan klassikalistes katsetes, mis viidi läbi aastatel 1908 - 1916. Need katsed andsid ka ümberlükkamatu tõendi elektri atomismi kohta. Elektrooniteooria põhimõistete kohaselt tekib keha laeng selles sisalduvate elektronide (ehk positiivsete ioonide, mille laengu väärtus on elektroni laengu kordne) arvu muutumise tulemusena. Seetõttu peab iga keha laeng muutuma järsult ja sellistes osades, mis sisaldavad täisarvu elektronlaenguid. Olles katseliselt kindlaks teinud elektrilaengu muutuse diskreetsuse, suutis R. Millikan saada kinnitust elektronide olemasolule ja määrata õlitilga meetodil ühe elektroni laengu (elementaarlaengu) väärtuse. Meetod põhineb laetud õlipiiskade liikumise uurimisel teadaoleva tugevusega E ühtlases elektriväljas.

2. Elektroni avastamine:

Kui jätta tähelepanuta see, mis eelnes esimese elementaarosakese – elektroni – avastamisele ja mis selle silmapaistva sündmusega kaasnes, võime lühidalt öelda: 1897. aastal mõõtis kuulus inglise füüsik THOMSON Joseph John (1856-1940) erilaengu q/m. katoodkiireosakesed - "kehad", nagu ta neid nimetas, mis põhinevad katoodkiirte kõrvalekaldumisel *) elektri- ja magnetväljades.

Võrreldes saadud arvu tollal tuntud monovalentse vesinikiooni erilaenguga kaudse arutluskäigu kaudu, jõudis ta järeldusele, et nende osakeste mass, mis hiljem sai nime "elektronid", on oluliselt väiksem (rohkem kui tuhat korda) kui kergeima vesinikuiooni mass.

Samal 1897. aastal püstitas ta hüpoteesi, et elektronid on aatomite lahutamatu osa ja katoodkiired ei ole aatomid ega elektromagnetkiirgus, nagu arvasid mõned kiirte omaduste uurijad. Thomson kirjutas: "Seega esindavad katoodkiired aine uut olekut, mis erineb oluliselt tavalisest gaasilisest olekust...; selles uues olekus on aine aine, millest kõik elemendid on ehitatud."

Alates 1897. aastast hakati katoodkiirte korpuskulaarset mudelit üldiselt heaks kiitma, kuigi elektri olemuse kohta oli palju erinevaid arvamusi. Nii uskus saksa füüsik E. Wichert, et "elekter on midagi kujutletavat, mis eksisteerib tegelikult ainult mõtetes", ja kuulus inglise füüsik Lord Kelvin kirjutas samal aastal 1897 elektrist kui mingist "pidevast vedelikust".

Thomsoni idee katoodkiirekehadest kui aatomi põhikomponentidest ei leidnud suurt entusiasmi. Mõned tema kolleegid arvasid, et ta on need müstifitseerinud, kui tegi ettepaneku, et katoodkiireosakesi tuleks käsitleda aatomi võimalike komponentidena. Thomsoni korpuse tõelist rolli aatomi struktuuris saab mõista koos teiste uuringute tulemustega, eelkõige spektrianalüüsi ja radioaktiivsuse uurimise tulemustega.

29. aprillil 1897 esines Thomson Londoni Kuningliku Seltsi koosolekul oma kuulsa sõnumiga. Elektroni täpset avastamise aega – päev ja tund – ei saa tema ainulaadsuse tõttu nimetada. See sündmus oli Thomsoni ja tema töötajate aastatepikkuse töö tulemus. Ei Thomson ega keegi teine ​​ei olnud kunagi elektroni tegelikult vaadelnud ega suutnud eraldada katoodkiirtest ühtki osakest ja mõõta selle spetsiifilist laengut. Avastuse autor on J.J.Thomson, sest tema ettekujutused elektronist olid lähedased tänapäevastele. 1903. aastal pakkus ta välja ühe esimestest aatomimudelitest - "rosinapudingi" ja 1904. aastal pakkus ta välja, et aatomis olevad elektronid jaotatakse rühmadesse, moodustades erinevad konfiguratsioonid, mis määravad keemiliste elementide perioodilisuse.

Avastuse asukoht on täpselt teada – Cavendishi labor (Cambridge, Suurbritannia). 1870. aastal J.C. Maxwelli loodud see sai järgmise saja aasta jooksul hiilgavate avastuste ahela "hälliks" erinevates füüsikavaldkondades, eriti aatomi- ja tuumafüüsikas. Selle direktorid olid: Maxwell J.K. – 1871–1879, Lord Rayleigh – 1879–1884, Thomson J.J. - 1884-1919, Rutherford E. - 1919-1937, Bragg L. - 1938-1953; Asedirektor 1923–1935 – Chadwick J.

Teadusliku eksperimentaalse uurimistöö viis läbi üks teadlane või väike rühm loomingulise uurimise õhkkonnas. Lawrence Bragg meenutas hiljem oma tööd 1913. aastal koos isa Henry Braggiga: „See oli imeline aeg, mil peaaegu iga nädal saadi uusi põnevaid tulemusi, nagu näiteks uute kulda kandvate alade avastamine, kust saab tükikesi otse maast üles korjata. . See kestis kuni sõja alguseni *), mis meie ühistöö peatas."

3. Elektroni avamise meetodid:

3.1.Thomsoni eksperiment

Joseph John Thomson Joseph John Thomson, 1856–1940

Inglise füüsik, paremini tuntud kui J. J. Thomson. Sündis Manchesteri eeslinnas Cheetham Hillis kasutatud antiigimüüja peres. Aastal 1876 võitis ta stipendiumi Cambridge'i. Aastatel 1884-1919 oli ta Cambridge'i ülikooli eksperimentaalfüüsika osakonna professor ja samal ajal Cavendishi labori juhataja, millest sai Thomsoni jõupingutuste kaudu üks kuulsamaid uurimiskeskusi maailmas. Samal ajal oli ta aastatel 1905-1918 Londoni Kuningliku Instituudi professor. Nobeli füüsikaauhinna laureaat 1906. aastal sõnastusega "elektri gaaside kaudu liikumise uurimise eest", mis loomulikult hõlmab elektroni avastamist. Ka Thomsoni poeg George Paget Thomson (1892–1975) sai lõpuks Nobeli füüsikapreemia – 1937. aastal kristallide abil elektronide difraktsiooni eksperimentaalse avastamise eest.

1897. aastal sai noor inglise füüsik J. J. Thomson läbi sajandite kuulsaks elektroni avastajana. Oma katses kasutas Thomson täiustatud katoodkiiretoru, mille konstruktsiooni täiendasid elektrimähised, mis tekitasid (Ampere'i seaduse järgi) toru sees magnetvälja, ja paralleelsete elektrikondensaatoriplaatide komplekt, mis tekitasid sees elektrivälja. toru. Tänu sellele sai võimalikuks uurida katoodkiirte käitumist nii magnet- kui ka elektrivälja mõjul.

Kasutades uut torukonstruktsiooni, näitas Thomson järgemööda, et: (1) katoodkiired kalduvad magnetväljas elektri puudumisel kõrvale; (2) katoodkiired kalduvad magnetvälja puudumisel elektriväljas kõrvale; ja (3) tasakaalustatud intensiivsusega elektri- ja magnetvälja samaaegsel toimel, mis on orienteeritud suundades, mis eraldi põhjustavad kõrvalekaldeid vastassuundades, levivad katoodkiired sirgjooneliselt, see tähendab, et kahe välja toime on vastastikku tasakaalus.

Thomson leidis, et elektri- ja magnetvälja suhe, mille juures nende mõju on tasakaalus, sõltub osakeste liikumiskiirusest. Pärast mõõtmiste seeriat suutis Thomson määrata katoodkiirte liikumiskiiruse. Selgus, et need liiguvad palju aeglasemalt kui valguse kiirus, mis tähendas, et katoodkiired said olla ainult osakesed, kuna igasugune elektromagnetkiirgus, sealhulgas valgus ise, liigub valguse kiirusel (vt Elektromagnetilise kiirguse spekter). Need tundmatud osakesed. Thomson nimetas neid "kehadeks", kuid peagi hakati neid nimetama "elektroniteks".

Kohe sai selgeks, et elektronid peavad eksisteerima aatomite osana – kust nad muidu tulevad? 30. aprilli 1897 – kuupäeva, mil Thomson esitas Londoni Kuningliku Seltsi koosolekul oma tulemuste aruande – loetakse elektroni sünnipäevaks. Ja sel päeval sai aatomite "jagamatuse" idee minevikku (vt aine struktuuri aatomiteooria). Koos veidi üle kümne aasta hiljem järgnenud aatomituuma avastamisega (vt Rutherfordi katset) pani elektroni avastamine aluse tänapäevasele aatomimudelile.

Ülalkirjeldatud "katoodtorudest" ehk täpsemalt elektronkiiretorudest said tänapäevaste telepilditorude ja arvutimonitoride lihtsaimad eelkäijad, mille mõjul löövad kuuma katoodi pinnalt välja rangelt kontrollitud kogused elektrone. vahelduvatest magnetväljadest kalduvad need kõrvale rangelt kindlaksmääratud nurkade all ja pommitavad ekraanide fosforestseeruvaid elemente, moodustades neile selge pildi, mis tuleneb fotoelektrilisest efektist, mille avastamine oleks samuti võimatu ilma meie teadmata katoodi tegelikust olemusest. kiired.

3.2.Rutherfordi kogemus

Ernest Rutherford, Nelsoni esimene parun Rutherford, 1871–1937

Uus-Meremaa füüsik. Sündis Nelsonis käsitöölise taluniku pojana. Võitis stipendiumi Inglismaal Cambridge'i ülikoolis õppimiseks. Pärast lõpetamist määrati ta Kanada McGilli ülikooli, kus ta koos Frederick Soddyga (1877–1966) pani paika radioaktiivsuse fenomeni põhiseadused, mille eest pälvis 1908. aastal Nobeli keemiaauhinna. Peagi kolis teadlane Manchesteri ülikooli, kus tema juhtimisel leiutas Hans Geiger (1882–1945) oma kuulsa Geigeri loenduri, asus uurima aatomi ehitust ja avastas 1911. aastal aatomituuma olemasolu. Esimese maailmasõja ajal tegeles ta sonarite (akustiliste radarite) väljatöötamisega vaenlase allveelaevade tuvastamiseks. Aastal 1919 määrati ta Cambridge'i ülikooli füüsikaprofessoriks ja Cavendishi laboratooriumi direktoriks ning samal aastal avastas ta tuumalagunemise kõrge energiaga raskete osakeste pommitamise tagajärjel. Rutherford jäi sellele ametikohale kuni oma elu lõpuni, olles samal ajal aastaid Royal Scientific Society president. Ta maeti Westminster Abbeysse Newtoni, Darwini ja Faraday kõrvale.

Ernest Rutherford on ainulaadne teadlane selles mõttes, et tegi oma peamised avastused pärast Nobeli preemia saamist. 1911. aastal õnnestus tal katsetada, mis mitte ainult ei võimaldanud teadlastel sügavale aatomisse piiluda ja selle struktuurist aru saada, vaid sai ka disaini graatsilisuse ja sügavuse mudeliks.

Kasutades looduslikku radioaktiivse kiirguse allikat, ehitas Rutherford kahuri, mis tekitas suunatud ja fokusseeritud osakeste voo. Püstol oli kitsa piluga pliikarp, mille sisse oli paigutatud radioaktiivne materjal. Tänu sellele neeldusid osakesed (antud juhul alfaosakesed, mis koosnevad kahest prootonist ja kahest neutronist), mida radioaktiivne aine eraldus kõikides suundades, välja arvatud üks, pliisõela ja läbi pilu eraldus ainult suunatud alfaosakeste kiir. .

antud suund. Selle tulemusena lendas sihtmärgi poole täiuslikult fokusseeritud alfaosakeste kiir ja sihtmärk ise oli õhuke kuldfoolium. See oli alfakiir, mis teda tabas. Pärast kokkupõrget fooliumiaatomitega jätkasid alfaosakesed oma teed ja tabasid sihtmärgi taha paigaldatud luminestsentsekraani, millele salvestati sähvatused, kui alfaosakesed seda tabasid. Nende järgi sai eksperimenteerija hinnata, millises koguses ja kui palju alfaosakesed fooliumiaatomitega kokkupõrgete tagajärjel sirgjoonelise liikumise suunast kõrvale kalduvad.

Rutherford märkis aga, et ükski tema eelkäijatest polnud isegi proovinud katseliselt testida, kas mõned alfaosakesed on väga suurte nurkade all kõrvale kaldunud. Rosinavõre mudel lihtsalt ei võimaldanud aatomis nii tihedate ja raskete struktuurielementide olemasolu, et need suudaksid kiireid alfaosakesi oluliste nurkade all kõrvale suunata, nii et keegi ei vaevunud seda võimalust katsetama. Rutherford palus ühel oma õpilasel installatsioon ümber varustada nii, et oleks võimalik jälgida alfaosakeste hajumist suurte läbipaindenurkade juures – lihtsalt südametunnistuse puhastamiseks, et see võimalus lõpuks välistada. Detektor oli naatriumsulfiidiga kaetud ekraan, materjal, mis tekitab alfaosakese tabamisel fluorestseeruvat välku. Kujutage ette mitte ainult katse läbiviija õpilase üllatust, vaid ka Rutherfordi enda üllatust, kui selgus, et mõned osakesed kaldusid kõrvale kuni 180° nurga all!

Rutherfordi oma katse tulemuste põhjal joonistatud aatomipilt on meile tänapäeval hästi teada. Aatom koosneb ülitihedast kompaktsest tuumast, mis kannab positiivset laengut, ja selle ümber negatiivselt laetud kergetest elektronidest. Hiljem andsid teadlased sellele pildile usaldusväärse teoreetilise aluse (vt Bohri aatom), kuid kõik sai alguse lihtsast katsest väikese radioaktiivse materjali proovi ja kuldfooliumitükiga.

3.2.Meetod Milliken

3.2.1. Lühike elulugu:

Robert Milliken sündis 1868. aastal Illinoisis vaeses preestri peres. Lapsepõlve veetis ta provintsilinnas Maquoketa, kus pöörati palju tähelepanu spordile ja kehvale õppetööle. Füüsikat õpetanud gümnaasiumidirektor ütles näiteks oma noortele õpilastele: „Kuidas on võimalik lainetest heli teha? Jama, poisid, see kõik on jama!"

Oberdeeni kolledž polnud parem, kuid Milliken, kellel polnud rahalist toetust, pidi ise keskkooli füüsikat õpetama. Ameerikas oli tol ajal ainult kaks prantsuse keelest tõlgitud füüsikaõpikut ning andekale noormehele ei valmistanud raskusi nende õppimine ja edukas õpetamine. 1893. aastal astus ta Columbia ülikooli, seejärel läks õppima Saksamaale.

Milliken oli 28-aastane, kui sai A. Michelsonilt pakkumise asuda Chicago ülikooli assistendi kohale. Algul tegeles ta siin peaaegu eranditult pedagoogilise tööga ja alles neljakümneaastaselt alustas teaduslikku uurimistööd, mis tõi talle maailmakuulsuse.

3.2.2. Esimesed kogemused ja lahendused probleemidele:

Esimesed katsed taandusid järgmisele. Lamekondensaatori plaatide vahele, millele rakendati 4000 V pinget, tekkis pilv, mis koosnes ioonidele ladestunud veepiiskadest. Esiteks täheldati pilve tipu langemist elektrivälja puudumisel. Siis tekkis pinge sisselülitamisel pilv. Pilve langemine toimus gravitatsiooni ja elektrijõu mõjul.
Pilvelisule mõjuva jõu ja selle saavutatava kiiruse suhe on esimesel ja teisel juhul sama. Esimesel juhul võrdub jõud mg, teisel mg + qE, kus q on tilga laeng, E on elektrivälja tugevus. Kui kiirus esimesel juhul on υ 1 teisel υ 2, siis

Teades pilve langemiskiiruse υ sõltuvust õhu viskoossusest, saame arvutada vajaliku laengu q. Kuid see meetod ei andnud soovitud täpsust, kuna see sisaldas hüpoteetilisi eeldusi, mida eksperimenteerija ei kontrollinud.

Mõõtmiste täpsuse tõstmiseks oli vaja eelkõige leida võimalus arvestada pilve aurustumisega, mis mõõtmise käigus paratamatult tekkis.

Selle probleemi üle mõtiskledes tuli Millikan välja klassikalise kukkumismeetodiga, mis avas hulga ootamatuid võimalusi. Laseme autoril endal leiutise loo rääkida:
"Mõistes, et tilkade aurustumiskiirus jäi teadmata, püüdsin välja mõelda meetodi, mis selle ebakindla väärtuse täielikult kõrvaldaks. Minu plaan oli järgmine. Varasemates katsetes suutis elektriväli raskusjõu mõjul langeva pilvetipu kiirust vaid veidi suurendada või vähendada. Nüüd tahtsin seda välja nii palju tugevdada, et pilve ülemine pind jäi konstantsele kõrgusele. Sel juhul sai võimalikuks pilvede aurustumise kiiruse täpne määramine ja selle arvestamine arvutustes.

Selle idee elluviimiseks konstrueeris Millikan väikese suurusega laetava aku, mis andis pinget kuni 10 4 V (sel ajal oli see eksperimenteerija silmapaistev saavutus). See pidi looma piisavalt tugeva välja, et hoida pilve rippumas, nagu "Muhamedi kirst". "Kui mul oli kõik valmis," ütleb Milliken ja kui pilv tekkis, keerasin lülitit ja pilv oli elektriväljas. Ja tol hetkel see sulas mu silme all ehk teisisõnu ei jäänud kogu pilvest väikestki tükki alles, mida oli võimalik kontrolloptilise instrumendi abil jälgida, nagu Wilson tegi ja kavatsesin teha. Nagu mulle alguses tundus, tähendas pilve jäljetult kadumine elektriväljas ülemise ja alumise plaadi vahel, et katse lõppes tulemusteta...” Kuid nagu teadusajaloos sageli juhtus, andis ebaõnnestumine. tõusta uuele ideele. See viis kuulsa tilkmeetodini. "Korduvad katsed," kirjutab Millikan, "näitasid, et pärast pilve hajumist võimsas elektriväljas, oma kohale võis eristada mitmeid üksikuid veepiisku“(minu rõhutus – V.D.). "Ebaõnnestunud" katse tõi kaasa võimaluse hoida üksikuid tilka tasakaalus ja jälgida neid üsna pikka aega.

Kuid vaatluse käigus muutus veetilga mass aurustumise tagajärjel oluliselt ja Millikan liikus pärast mitmepäevast otsimist edasi katsete juurde õlitilkadega.

Katseprotseduur osutus lihtsaks. Adiabaatiline paisumine moodustab kondensaatoriplaatide vahele pilve. See koosneb erineva suuruse ja märgiga laengutega tilkadest. Kui elektriväli on sisse lülitatud, langevad kondensaatori ülemise plaadi laenguga identse laenguga tilgad kiiresti ja vastupidise laenguga tilgad tõmbab ülemine plaat ligi. Kuid teatud arvul tilkadel on selline laeng, et raskusjõudu tasakaalustab elektriline jõud.

7 või 8 minuti pärast. pilv hajub ja vaatevälja jääb väike arv tilkasid, mille laeng vastab näidatud jõudude tasakaalule.

Millikan täheldas neid tilkasid selgete heledate täppidena. "Nende tilkade ajalugu kulgeb tavaliselt nii," kirjutab ta. "Kui gravitatsioon on väljajõust veidi ülekaalus, hakkavad nad aeglaselt langema, kuid kuna need järk-järgult aurustuvad, peatub nende allapoole liikumine peagi ja nad muutuda üsna pikaks ajaks liikumatuks.” . Seejärel hakkab väli domineerima ja tilgad hakkavad aeglaselt tõusma. Nende eluea lõpus plaatidevahelises ruumis kiireneb see ülespoole liikumine väga tugevalt ja nad tõmbavad suure kiirusega ülemise plaadi poole.

3.2.3. Paigaldamise kirjeldus:

Millikani installatsiooni skeem, millega saadi 1909. aastal otsustavaid tulemusi, on näidatud joonisel 17.

Kambrisse C asetati ümmargustest messingplaatidest M ja N lamekondensaator läbimõõduga 22 cm (nendevaheline kaugus oli 1,6 cm). Pealmise plaadi keskele tehti väike auk p, millest läbisid õlitilgad. Viimased moodustati pihusti abil õlijoa sissepritsimisel. Eelnevalt puhastati õhk tolmust klaasvillaga toru kaudu. Õlitilkade läbimõõt oli umbes 10–4 cm.

Kondensaatori plaatidele anti pinge 10 4 V akust B. Lüliti abil oli võimalik plaadid lühistada ja see hävitaks elektrivälja.

Plaatide M ja N vahele langevad õlitilgad valgustati tugeva allikaga. Piiskade käitumist vaadeldi läbi teleskoobi kiirte suunaga risti.

Piiskade kondenseerumiseks vajalikud ioonid tekkisid 200 mg kaaluva raadiumitüki kiirgusega, mis paiknes plaatide küljelt 3–10 cm kaugusel.

Spetsiaalse seadme abil paisus kolvi langetamine gaasi. 1–2 s pärast laiendamist eemaldati raadium või varjati pliisõel. Seejärel lülitati sisse elektriväli ja alustati tilkade vaatlemist teleskoobi. Torul oli skaala, millelt oli võimalik lugeda tilga läbitud teed teatud aja jooksul. Aega registreeriti täpse lukuga kella abil.

Oma vaatluste käigus avastas Millikan nähtuse, mis oli võtmeks üksikute elementaarlaengute järgnevate täpsete mõõtmiste jaoks.

"Rippuvate tilkade kallal töötades unustasin mitu korda neid raadiumikiirte eest kaitsta," kirjutab Millikan. Siis juhtusin märkama, et aeg-ajalt muutis üks tilk ootamatult oma laengut ja hakkas mööda välja või vastu liikuma, püüdes ilmselt esimesel juhul positiivse, teisel juhul negatiivse iooni. See avas võimaluse usaldusväärselt mõõta mitte ainult üksikute tilkade laenguid, nagu olin seni teinud, vaid ka üksikute atmosfääriioonide laenguid.

Tõepoolest, mõõtes sama tilga kiirust kaks korda, üks kord enne ja üks kord pärast iooni püüdmist, saaksin ilmselgelt täielikult välistada tilga omadused ja keskkonna omadused ning töötada väärtusega, mis on võrdeline ainult iooni laenguga. püütud ioon."

3.2.4. Algtasu arvutamine:

Millikan arvutas elementaarlaengu järgmiste kaalutluste põhjal. Tilga liikumiskiirus on võrdeline sellele mõjuva jõuga ega sõltu tilga laengust.
Kui kondensaatori plaatide vahele langes tilk ainult gravitatsiooni mõjul kiirusega v, siis

Kui gravitatsiooni vastu suunatud väli on sisse lülitatud, on mõjuv jõud vahe qE - mg, kus q on tilga laeng, E on väljatugevuse moodul.

Langemise kiirus on võrdne:

υ 2 =k(qE-mg) (2)

Kui jagame võrdsuse (1) (2), saame

Siit

Olgu tilk haaranud iooni ja selle laeng võrdub q"-ga ja liikumiskiirus υ 2. Tähistame selle kinnipüütud iooni laengut e-ga.

Siis e = q"- q.

Kasutades (3), saame

Väärtus on antud languse jaoks konstantne.

3.2.5. Järeldused Millikani meetodist

Järelikult on igasugune tilga poolt hõivatud laeng võrdeline kiiruse erinevusega (υ " 2 - υ 2), teisisõnu võrdeline iooni kinnipüüdmisest tingitud tilga kiiruse muutusega! elementaarlaengu mõõtmine taandati tilga läbitud teekonna ja selle läbimise aja mõõtmiseks.Arvukad vaatlused näitasid valemi (4) kehtivust Selgus, et e väärtus saab muutuda vaid järsult! Alati vaadeldakse laenguid e, 2e, 3e, 4e jne.

Millikan kirjutab, et paljudel juhtudel täheldati langust viis või kuus tundi ja selle aja jooksul püüdis see mitte kaheksa või kümme iooni, vaid sadu. Kokku olen jälginud paljude tuhandete ioonide püüdmist sel viisil ja kõigil juhtudel oli püütud laeng... kas täpselt võrdne kõigist püütud laengutest väikseima või selle väikese täisarvu kordsega. väärtus. See on otsene ja ümberlükkamatu tõend selle kohta, et elektron ei ole "statistiline keskmine", vaid et kõik ioonide elektrilaengud on kas täpselt võrdsed elektroni laenguga või esindavad selle laengu väikseid täisarvulisi kordusi.

Niisiis on elektrilaengu atomaalsus, diskreetsus või tänapäevases keeles kvantiseerimine muutunud eksperimentaalseks faktiks. Nüüd oli oluline näidata, et elektron on nii-öelda kõikjalolev. Igasugune elektrilaeng mis tahes laadi kehas on samade elementaarlaengute summa.

Millikani meetod võimaldas sellele küsimusele üheselt vastata. Esimeste katsete käigus loodi laengud neutraalsete gaasimolekulide ioniseerimisel radioaktiivse kiirguse vooluga. Mõõdeti tilkade poolt püütud ioonide laengut.

Kui pihustuspudeliga vedelikku pihustada, elektristuvad tilgad hõõrdumise tõttu. See oli hästi teada juba 19. sajandil. Kas need laengud on samuti kvantiseeritud, nagu ioonilaengud? Millikan "kaalutab" tilgad pärast pihustamist ja mõõdab laenguid ülalkirjeldatud viisil. Kogemused näitavad elektrilaengu samasugust diskreetsust.

Nafta (dielektriline), glütseriini (pooljuht), elavhõbeda (juht) tilkade piserdamine tõestab Millikan, et mis tahes füüsilise olemusega kehade laengud koosnevad kõigil juhtudel eranditult rangelt konstantse suurusega üksikutest elementaarosadest. 1913. aastal võttis Millikan kokku arvukate katsete tulemused ja andis elementaarlaengu jaoks järgmise väärtuse: e = 4,774. 10-10 ühikut SGSE tasu. Nii pandi paika tänapäeva füüsika üks tähtsamaid konstante. Elektrilaengu määramine muutus lihtsaks aritmeetiliseks ülesandeks.

3.4 Comptoni kujutise meetod:

C.T.R. avastamine mängis olulist rolli elektroni reaalsuse idee tugevdamisel. Wilson, veeauru kondenseerumise mõju ioonidele, mis tõi kaasa võimaluse pildistada osakeste jälgi.

Nad ütlevad, et A. Compton ei suutnud loengu ajal skeptilist kuulajat veenda mikroosakeste olemasolu reaalsuses. Ta nõudis, et usuks alles pärast seda, kui on neid oma silmaga näinud.
Seejärel näitas Compton fotot alfaosakeste jäljega, mille kõrval oli sõrmejälg. "Kas sa tead, mis see on?" - küsis Compton. "Sõrm," vastas kuulaja. "Sel juhul," ütles Compton pidulikult, "see helendav triip on osake."
Fotod elektronide jälgedest ei andnud tunnistust mitte ainult elektronide tegelikkusest. Need kinnitasid eeldust elektronide väiksusest ja võimaldasid võrrelda teoreetiliste arvutuste tulemusi, mis hõlmasid elektroni raadiust, katsega. Katoodkiirte läbitungimisvõime Lenardi uuringust alguse saanud katsed näitasid, et radioaktiivsete ainete poolt kiiratavad väga kiired elektronid tekitavad gaasis sirgjoonte kujul jälgi. Raja pikkus on võrdeline elektroni energiaga. Suure energiaga α-osakeste jälgede fotod näitavad, et jäljed koosnevad suurest hulgast punktidest. Iga täpp on ioonile ilmuv veepiisk, mis tekib elektroni ja aatomi kokkupõrke tulemusena. Teades aatomi suurust ja selle kontsentratsiooni, saame arvutada aatomite arvu, millest α osake antud kaugusel läbima peab. Lihtne arvutus näitab, et alfaosake peab läbima umbes 300 aatomit, enne kui ta kohtab oma teel ühte elektroni, mis moodustab aatomi kesta ja tekitab ionisatsiooni.

See asjaolu näitab veenvalt, et elektronide maht on tühine osa aatomi mahust. Madala energiaga elektroni rada on kõver, seetõttu kaldub aeglane elektron aatomisisene väli kõrvale. See tekitab oma teel rohkem ionisatsioonisündmusi.

Hajumisteooriast saab andmeid elektroni energiast sõltuvate paindenurkade hindamiseks. Neid andmeid kinnitab hästi reaalsete jälgede analüüs. Teooria kokkulangemine katsega tugevdas ettekujutust elektronist kui aine väikseimast osakesest.

Järeldus:

Elementaarse elektrilaengu mõõtmine avas võimaluse mitmete oluliste füüsikaliste konstantide täpseks määramiseks.
e väärtuse teadmine võimaldab automaatselt määrata põhikonstandi – Avogadro konstandi – väärtuse. Enne Millikani katseid olid Avogadro konstandi kohta ainult ligikaudsed hinnangud, mille andis gaaside kineetiline teooria. Need hinnangud põhinesid õhumolekuli keskmise raadiuse arvutustel ja varieerusid üsna laias vahemikus 2-st. 10 23 kuni 20 . 10 23 1/mol.

Oletame, et teame elektrolüüdi lahust läbinud laengut Q ja elektroodile sadestunud aine M kogust. Siis, kui iooni laeng on Ze 0 ja selle mass m 0, kehtib võrdsus

Kui ladestunud aine mass on võrdne ühe mooliga,

siis Q = F- Faraday konstant ja F = N 0 e, millest:

Ilmselgelt määrab Avogadro konstandi määramise täpsuse elektronlaengu mõõtmise täpsus. Praktika on nõudnud põhikonstantide määramise täpsuse suurendamist ja see oli üks stiimuleid elektrilaengu kvantide mõõtmise metoodika edasiseks täiustamiseks. See töö, mis on nüüdseks oma olemuselt puhtalt metroloogiline, jätkub tänaseni.

Praegu on kõige täpsemad väärtused:

e = (4,8029±0,0005) 10-10. ühikut SGSE tasu;

N 0 = (6,0230±0,0005) 10 23 1/mol.

Teades N o, on võimalik määrata gaasimolekulide arv 1 cm 3-s, kuna 1 mooli gaasi ruumala on juba teadaolev konstantne väärtus.

Gaasi molekulide arvu teadmine 1 cm 3-s võimaldas omakorda määrata molekuli soojusliikumise keskmise kineetilise energia. Lõpuks saab elektroni laengu järgi määrata Plancki konstanti ja Stefan-Boltzmanni konstanti soojuskiirguse seaduses.

Vene Föderatsiooni haridusministeerium

Amuuri Riiklik Pedagoogikaülikool

Elementaarse elektrilaengu määramise meetodid

Lõpetanud õpilane 151g.

Venzelev A.A.

Kontrollis: Cheraneva T.G.

Sissejuhatus.

1. Elektroni avastamise taust

2. Elektroni avastamise ajalugu

3. Katsed ja meetodid elektroni avastamiseks

3.1.Thomsoni eksperiment

3.2.Rutherfordi kogemus

3.3. Millikani meetod

3.3.1. lühike elulugu

3.3.2. Paigalduse kirjeldus

3.3.3. Algtasu arvutamine

3.3.4. Järeldused meetodist

3.4. Comptoni pildistamise meetod

Järeldus.

Sissejuhatus:

ELEKTRON – esimene avastatud elementaarosake; väikseima massi ja väikseima elektrilaengu materjalikandja looduses; aatomi komponent.

Elektronide laeng on 1,6021892. 10-19 Cl

4.803242. 10-10 ühikut SSSE

Elektroni mass on 9,109534. 10-31 kg

Eritasu e/m e 1,7588047. 10 11 Cl. kg -1

Elektroni spin on võrdne 1/2-ga (h ühikutes) ja sellel on kaks projektsiooni ±1/2; elektronid järgivad Fermi-Dirac statistikat, fermionid. Nende suhtes kehtib Pauli välistamise põhimõte.

Elektroni magnetmoment on võrdne - 1,00116 m b, kus m b on Bohri magneton.

Elektron on stabiilne osake. Katseandmetel on eluiga t e > 2. 10 22 aastat vana.

Ei osale tugevas interaktsioonis, lepton. Kaasaegne füüsika peab elektroni tõeliselt elementaarseks osakeseks, millel pole struktuuri ega suurust. Kui viimased on nullist erinevad, siis elektronraadius r e< 10 -18 м

1.Ava taust

Elektroni avastamine oli arvukate katsete tulemus. 20. sajandi alguseks. elektroni olemasolu tehti kindlaks mitmete sõltumatute katsetega. Kuid vaatamata tervete rahvuskoolide kogutud kolossaalsele eksperimentaalsele materjalile jäi elektron hüpoteetiliseks osakeseks, sest kogemus ei olnud veel paljudele fundamentaalsetele küsimustele vastanud. Tegelikkuses võttis elektroni “avastamine” aega üle poole sajandi ega lõppenud 1897. aastal; Selles osalesid paljud teadlased ja leiutajad.

Esiteks ei olnud ühtegi katset, mis hõlmaks üksikuid elektrone. Elementaarlaeng arvutati mikroskoopilise laengu mõõtmiste põhjal, eeldades mitme hüpoteeside paikapidavust.

Põhimõtteliselt olulises punktis valitses ebakindlus. Elektron ilmus esmalt elektrolüüsiseaduste aatomilise tõlgendamise tulemusena, seejärel avastati see gaaslahendusest. Ei olnud selge, kas füüsika tegeleb tegelikult sama objektiga. Suur rühm skeptilisi loodusteadlasi uskus, et elementaarlaeng on kõige erinevama suurusega laengute statistiline keskmine. Pealegi ei andnud ükski elektroni laengu mõõtmise katsetest rangelt korratavaid väärtusi.
Leidus skeptikuid, kes üldiselt elektroni avastamist ignoreerisid. Akadeemik A.F. Ioff oma mälestustes oma õpetajast V.K. Roentgene kirjutas: “Kuni 1906–1907. sõna elektron ei oleks tohtinud öelda Müncheni ülikooli füüsikainstituudis. Roentgen pidas seda tõestamata hüpoteesiks, mida kasutatakse sageli ilma piisava aluseta ja asjatult.

Elektroni massi küsimus pole lahendatud ja pole tõestatud, et nii juhtide kui ka dielektrikute laengud koosnevad elektronidest. Mõistel “elektron” puudus ühemõtteline tõlgendus, sest katse ei olnud veel paljastanud aatomi struktuuri (Rutherfordi planeedimudel ilmus 1911. aastal ja Bohri teooria 1913. aastal).

Elektron pole veel teoreetilistesse konstruktsioonidesse sisenenud. Lorentzi elektroonika teoorias oli pidevalt jaotatud laengutihedus. Drude'i välja töötatud metallilise juhtivuse teooria käsitles diskreetseid laenguid, kuid need olid suvalised laengud, mille väärtusele ei seatud piiranguid.

Elektron pole veel “puhta” teaduse raamidest lahkunud. Meenutagem, et esimene elektrontoru ilmus alles aastal 1907. Usult veendumuse poole liikumiseks oli vaja ennekõike elektron isoleerida ja leiutada meetod elementaarlaengu otseseks ja täpseks mõõtmiseks.

Selle probleemi lahendus ei lasknud end kaua oodata. 1752. aastal väljendas idee elektrilaengu diskreetsusest esmakordselt B. Franklin. Eksperimentaalselt põhjendati laengute diskreetsust elektrolüüsi seadustega, mille avastas M. Faraday 1834. Elementaarlaengu (väikseim looduses leitud elektrilaeng) arvuline väärtus arvutati teoreetiliselt elektrolüüsi seaduste alusel, kasutades Avogadro arvu . Elementaarlaengu otsese eksperimentaalse mõõtmise viis läbi R. Millikan klassikalistes katsetes, mis viidi läbi aastatel 1908 - 1916. Need katsed andsid ka ümberlükkamatu tõendi elektri atomismi kohta. Elektrooniteooria põhimõistete kohaselt tekib keha laeng selles sisalduvate elektronide (ehk positiivsete ioonide, mille laengu väärtus on elektroni laengu kordne) arvu muutumise tulemusena. Seetõttu peab iga keha laeng muutuma järsult ja sellistes osades, mis sisaldavad täisarvu elektronlaenguid. Olles katseliselt kindlaks teinud elektrilaengu muutuse diskreetsuse, suutis R. Millikan saada kinnitust elektronide olemasolule ja määrata õlitilga meetodil ühe elektroni laengu (elementaarlaengu) väärtuse. Meetod põhineb laetud õlipiiskade liikumise uurimisel teadaoleva tugevusega E ühtlases elektriväljas.

2. Elektroni avastamine:

Kui jätta tähelepanuta see, mis eelnes esimese elementaarosakese – elektroni – avastamisele ja mis selle silmapaistva sündmusega kaasnes, võime lühidalt öelda: 1897. aastal mõõtis kuulus inglise füüsik THOMSON Joseph John (1856-1940) erilaengu q/m. katoodkiireosakesed - "kehad", nagu ta neid nimetas, mis põhinevad katoodkiirte kõrvalekaldumisel *) elektri- ja magnetväljades.

Võrreldes saadud arvu tollal tuntud monovalentse vesinikiooni erilaenguga kaudse arutluskäigu kaudu, jõudis ta järeldusele, et nende osakeste mass, mis hiljem sai nime "elektronid", on oluliselt väiksem (rohkem kui tuhat korda) kui kergeima vesinikuiooni mass.

Samal 1897. aastal püstitas ta hüpoteesi, et elektronid on aatomite lahutamatu osa ja katoodkiired ei ole aatomid ega elektromagnetkiirgus, nagu arvasid mõned kiirte omaduste uurijad. Thomson kirjutas: "Seega esindavad katoodkiired aine uut olekut, mis erineb oluliselt tavalisest gaasilisest olekust...; selles uues olekus on aine aine, millest kõik elemendid on ehitatud."

Alates 1897. aastast hakati katoodkiirte korpuskulaarset mudelit üldiselt heaks kiitma, kuigi elektri olemuse kohta oli palju erinevaid arvamusi. Nii uskus saksa füüsik E. Wichert, et "elekter on midagi kujutletavat, mis eksisteerib tegelikult ainult mõtetes", ja kuulus inglise füüsik Lord Kelvin kirjutas samal aastal 1897 elektrist kui mingist "pidevast vedelikust".

Thomsoni idee katoodkiirekehadest kui aatomi põhikomponentidest ei leidnud suurt entusiasmi. Mõned tema kolleegid arvasid, et ta on need müstifitseerinud, kui tegi ettepaneku, et katoodkiireosakesi tuleks käsitleda aatomi võimalike komponentidena. Thomsoni korpuse tõelist rolli aatomi struktuuris saab mõista koos teiste uuringute tulemustega, eelkõige spektrianalüüsi ja radioaktiivsuse uurimise tulemustega.

29. aprillil 1897 esines Thomson Londoni Kuningliku Seltsi koosolekul oma kuulsa sõnumiga. Elektroni täpset avastamise aega – päev ja tund – ei saa tema ainulaadsuse tõttu nimetada. See sündmus oli Thomsoni ja tema töötajate aastatepikkuse töö tulemus. Ei Thomson ega keegi teine ​​ei olnud kunagi elektroni tegelikult vaadelnud ega suutnud eraldada katoodkiirtest ühtki osakest ja mõõta selle spetsiifilist laengut. Avastuse autor on J.J.Thomson, sest tema ettekujutused elektronist olid lähedased tänapäevastele. 1903. aastal pakkus ta välja ühe esimestest aatomimudelitest - "rosinapudingi" ja 1904. aastal pakkus ta välja, et aatomis olevad elektronid jaotatakse rühmadesse, moodustades erinevad konfiguratsioonid, mis määravad keemiliste elementide perioodilisuse.

Avastuse asukoht on täpselt teada – Cavendishi labor (Cambridge, Suurbritannia). 1870. aastal J.C. Maxwelli loodud see sai järgmise saja aasta jooksul hiilgavate avastuste ahela "hälliks" erinevates füüsikavaldkondades, eriti aatomi- ja tuumafüüsikas. Selle direktorid olid: Maxwell J.K. – 1871–1879, Lord Rayleigh – 1879–1884, Thomson J.J. - 1884-1919, Rutherford E. - 1919-1937, Bragg L. - 1938-1953; Asedirektor 1923–1935 – Chadwick J.

Teadusliku eksperimentaalse uurimistöö viis läbi üks teadlane või väike rühm loomingulise uurimise õhkkonnas. Lawrence Bragg meenutas hiljem oma tööd 1913. aastal koos isa Henry Braggiga: „See oli imeline aeg, mil peaaegu iga nädal saadi uusi põnevaid tulemusi, nagu näiteks uute kulda kandvate alade avastamine, kust saab tükikesi otse maast üles korjata. . See kestis kuni sõja alguseni *), mis meie ühistöö peatas."

3. Elektroni avamise meetodid:

3.1.Thomsoni eksperiment

Joseph John Thomson Joseph John Thomson, 1856–1940

Inglise füüsik, paremini tuntud kui J. J. Thomson. Sündis Manchesteri eeslinnas Cheetham Hillis kasutatud antiigimüüja peres. Aastal 1876 võitis ta stipendiumi Cambridge'i. Aastatel 1884-1919 oli ta Cambridge'i ülikooli eksperimentaalfüüsika osakonna professor ja samal ajal Cavendishi labori juhataja, millest sai Thomsoni jõupingutuste kaudu üks kuulsamaid uurimiskeskusi maailmas. Samal ajal oli ta aastatel 1905-1918 Londoni Kuningliku Instituudi professor. Nobeli füüsikaauhinna laureaat 1906. aastal sõnastusega "elektri gaaside kaudu liikumise uurimise eest", mis loomulikult hõlmab elektroni avastamist. Ka Thomsoni poeg George Paget Thomson (1892–1975) sai lõpuks Nobeli füüsikapreemia – 1937. aastal kristallide abil elektronide difraktsiooni eksperimentaalse avastamise eest.

1897. aastal sai noor inglise füüsik J. J. Thomson läbi sajandite kuulsaks elektroni avastajana. Oma katses kasutas Thomson täiustatud katoodkiiretoru, mille konstruktsiooni täiendasid elektrimähised, mis tekitasid (Ampere'i seaduse järgi) toru sees magnetvälja, ja paralleelsete elektrikondensaatoriplaatide komplekt, mis tekitasid sees elektrivälja. toru. Tänu sellele sai võimalikuks uurida katoodkiirte käitumist nii magnet- kui ka elektrivälja mõjul.

Kasutades uut torukonstruktsiooni, näitas Thomson järgemööda, et: (1) katoodkiired kalduvad magnetväljas elektri puudumisel kõrvale; (2) katoodkiired kalduvad magnetvälja puudumisel elektriväljas kõrvale; ja (3) tasakaalustatud intensiivsusega elektri- ja magnetvälja samaaegsel toimel, mis on orienteeritud suundades, mis eraldi põhjustavad kõrvalekaldeid vastassuundades, levivad katoodkiired sirgjooneliselt, see tähendab, et kahe välja toime on vastastikku tasakaalus.

Thomson leidis, et elektri- ja magnetvälja suhe, mille juures nende mõju on tasakaalus, sõltub osakeste liikumiskiirusest. Pärast mõõtmiste seeriat suutis Thomson määrata katoodkiirte liikumiskiiruse. Selgus, et need liiguvad palju aeglasemalt kui valguse kiirus, mis tähendas, et katoodkiired said olla ainult osakesed, kuna igasugune elektromagnetkiirgus, sealhulgas valgus ise, liigub valguse kiirusel (vt Elektromagnetilise kiirguse spekter). Need tundmatud osakesed. Thomson nimetas neid "kehadeks", kuid peagi hakati neid nimetama "elektroniteks".

Kohe sai selgeks, et elektronid peavad eksisteerima aatomite osana – kust nad muidu tulevad? 30. aprilli 1897 – kuupäeva, mil Thomson esitas Londoni Kuningliku Seltsi koosolekul oma tulemuste aruande – loetakse elektroni sünnipäevaks. Ja sel päeval sai aatomite "jagamatuse" idee minevikku (vt aine struktuuri aatomiteooria). Koos veidi üle kümne aasta hiljem järgnenud aatomituuma avastamisega (vt Rutherfordi katset) pani elektroni avastamine aluse tänapäevasele aatomimudelile.

Ülalkirjeldatud "katoodtorudest" ehk täpsemalt elektronkiiretorudest said tänapäevaste telepilditorude ja arvutimonitoride lihtsaimad eelkäijad, mille mõjul löövad kuuma katoodi pinnalt välja rangelt kontrollitud kogused elektrone. vahelduvatest magnetväljadest kalduvad need kõrvale rangelt kindlaksmääratud nurkade all ja pommitavad ekraanide fosforestseeruvaid elemente, moodustades neile selge pildi, mis tuleneb fotoelektrilisest efektist, mille avastamine oleks samuti võimatu ilma meie teadmata katoodi tegelikust olemusest. kiired.

3.2.Rutherfordi kogemus

Ernest RUTHERFORD, Nelsoni parun Rutherford Mina Ernest Rutherford, Nelsoni esimene parun Rutherford, 1871–1937

Uus-Meremaa füüsik. Sündis Nelsonis käsitöölise taluniku pojana. Võitis stipendiumi Inglismaal Cambridge'i ülikoolis õppimiseks. Pärast lõpetamist määrati ta Kanada McGilli ülikooli, kus ta koos Frederick Soddyga (1877–1966) pani paika radioaktiivsuse fenomeni põhiseadused, mille eest pälvis 1908. aastal Nobeli keemiaauhinna. Peagi kolis teadlane Manchesteri ülikooli, kus tema juhtimisel leiutas Hans Geiger (1882–1945) oma kuulsa Geigeri loenduri, asus uurima aatomi ehitust ja avastas 1911. aastal aatomituuma olemasolu. Esimese maailmasõja ajal tegeles ta sonarite (akustiliste radarite) väljatöötamisega vaenlase allveelaevade tuvastamiseks. Aastal 1919 määrati ta Cambridge'i ülikooli füüsikaprofessoriks ja Cavendishi laboratooriumi direktoriks ning samal aastal avastas ta tuumalagunemise kõrge energiaga raskete osakeste pommitamise tagajärjel. Rutherford jäi sellele ametikohale kuni oma elu lõpuni, olles samal ajal aastaid Royal Scientific Society president. Ta maeti Westminster Abbeysse Newtoni, Darwini ja Faraday kõrvale.

Ernest Rutherford on ainulaadne teadlane selles mõttes, et tegi oma peamised avastused pärast Nobeli preemia saamist. 1911. aastal õnnestus tal katsetada, mis mitte ainult ei võimaldanud teadlastel sügavale aatomisse piiluda ja selle struktuurist aru saada, vaid sai ka disaini graatsilisuse ja sügavuse mudeliks.

JA Kasutades looduslikku radioaktiivse kiirguse allikat, ehitas Rutherford kahuri, mis tekitas suunatud ja fokusseeritud osakeste voo. Püstol oli kitsa piluga pliikarp, mille sisse oli paigutatud radioaktiivne materjal. Tänu sellele neeldusid osakesed (antud juhul alfaosakesed, mis koosnevad kahest prootonist ja kahest neutronist), mida radioaktiivne aine eraldus kõikides suundades, välja arvatud üks, pliisõela ja läbi pilu eraldus ainult suunatud alfaosakeste kiir. .

antud suund. Selle tulemusena lendas sihtmärgi poole täiuslikult fokusseeritud alfaosakeste kiir ja sihtmärk ise oli õhuke kuldfoolium. See oli alfakiir, mis teda tabas. Pärast kokkupõrget fooliumiaatomitega jätkasid alfaosakesed oma teed ja tabasid sihtmärgi taha paigaldatud luminestsentsekraani, millele salvestati sähvatused, kui alfaosakesed seda tabasid. Nende järgi sai eksperimenteerija hinnata, millises koguses ja kui palju alfaosakesed fooliumiaatomitega kokkupõrgete tagajärjel sirgjoonelise liikumise suunast kõrvale kalduvad.

Rutherford märkis aga, et ükski tema eelkäijatest polnud isegi proovinud katseliselt testida, kas mõned alfaosakesed on väga suurte nurkade all kõrvale kaldunud. Rosinavõre mudel lihtsalt ei võimaldanud aatomis nii tihedate ja raskete struktuurielementide olemasolu, et need suudaksid kiireid alfaosakesi oluliste nurkade all kõrvale suunata, nii et keegi ei vaevunud seda võimalust katsetama. Rutherford palus ühel oma õpilasel installatsioon ümber varustada nii, et oleks võimalik jälgida alfaosakeste hajumist suurte läbipaindenurkade juures – lihtsalt südametunnistuse puhastamiseks, et see võimalus lõpuks välistada. Detektor oli naatriumsulfiidiga kaetud ekraan, materjal, mis tekitab alfaosakese tabamisel fluorestseeruvat välku. Kujutage ette mitte ainult katse läbiviija õpilase üllatust, vaid ka Rutherfordi enda üllatust, kui selgus, et mõned osakesed kaldusid kõrvale kuni 180° nurga all!

Rutherfordi oma katse tulemuste põhjal joonistatud aatomipilt on meile tänapäeval hästi teada. Aatom koosneb ülitihedast kompaktsest tuumast, mis kannab positiivset laengut, ja selle ümber negatiivselt laetud kergetest elektronidest. Hiljem andsid teadlased sellele pildile usaldusväärse teoreetilise aluse (vt Bohri aatom), kuid kõik sai alguse lihtsast katsest väikese radioaktiivse materjali proovi ja kuldfooliumitükiga.

3.2.MeetodMilliken

3.2.1. Lühike elulugu:

Robert Milliken sündis 1868. aastal Illinoisis vaeses preestri peres. Lapsepõlve veetis ta provintsilinnas Maquoketa, kus pöörati palju tähelepanu spordile ja kehvale õppetööle. Füüsikat õpetanud gümnaasiumidirektor ütles näiteks oma noortele õpilastele: „Kuidas on võimalik lainetest heli teha? Jama, poisid, see kõik on jama!"

Oberdeeni kolledž polnud parem, kuid Milliken, kellel polnud rahalist toetust, pidi ise keskkooli füüsikat õpetama. Ameerikas oli tol ajal ainult kaks prantsuse keelest tõlgitud füüsikaõpikut ning andekale noormehele ei valmistanud raskusi nende õppimine ja edukas õpetamine. 1893. aastal astus ta Columbia ülikooli, seejärel läks õppima Saksamaale.

Milliken oli 28-aastane, kui sai A. Michelsonilt pakkumise asuda Chicago ülikooli assistendi kohale. Algul tegeles ta siin peaaegu eranditult pedagoogilise tööga ja alles neljakümneaastaselt alustas teaduslikku uurimistööd, mis tõi talle maailmakuulsuse.

3.2.2. Esimesed kogemused ja lahendused probleemidele:

Esimesed katsed taandusid järgmisele. Lamekondensaatori plaatide vahele, millele rakendati 4000 V pinget, tekkis pilv, mis koosnes ioonidele ladestunud veepiiskadest. Esiteks täheldati pilve tipu langemist elektrivälja puudumisel. Siis tekkis pinge sisselülitamisel pilv. Pilve langemine toimus gravitatsiooni ja elektrijõu mõjul.
Pilvelisule mõjuva jõu ja selle saavutatava kiiruse suhe on esimesel ja teisel juhul sama. Esimesel juhul on jõud võrdne mg, teises mg+qE, Kus q- kukkumise tasu, E- elektrivälja tugevus. Kui kiirus esimesel juhul on võrdne υ 1 teises υ 2 , See

Pilve langemiskiiruse sõltuvuse tundmine υ õhu viskoossuse põhjal saate arvutada vajaliku laengu q. Kuid see meetod ei andnud soovitud täpsust, kuna see sisaldas hüpoteetilisi eeldusi, mida eksperimenteerija ei kontrollinud.

Mõõtmiste täpsuse tõstmiseks oli vaja eelkõige leida võimalus arvestada pilve aurustumisega, mis mõõtmise käigus paratamatult tekkis.

Selle probleemi üle mõtiskledes tuli Millikan välja klassikalise kukkumismeetodiga, mis avas hulga ootamatuid võimalusi. Laseme autoril endal leiutise loo rääkida:
"Mõistes, et tilkade aurustumiskiirus jäi teadmata, püüdsin välja mõelda meetodi, mis selle ebakindla väärtuse täielikult kõrvaldaks. Minu plaan oli järgmine. Varasemates katsetes suutis elektriväli raskusjõu mõjul langeva pilvetipu kiirust vaid veidi suurendada või vähendada. Nüüd tahtsin seda välja nii palju tugevdada, et pilve ülemine pind jäi konstantsele kõrgusele. Sel juhul sai võimalikuks pilvede aurustumise kiiruse täpne määramine ja selle arvestamine arvutustes.

Selle idee elluviimiseks konstrueeris Millikan väikese suurusega laetava aku, mis andis pinget kuni 10 4 V (sel ajal oli see eksperimenteerija silmapaistev saavutus). See pidi looma piisavalt tugeva välja, et hoida pilve rippumas, nagu "Muhamedi kirst". "Kui mul oli kõik valmis," ütleb Milliken ja kui pilv tekkis, keerasin lülitit ja pilv oli elektriväljas. Ja tol hetkel see sulas mu silme all ehk teisisõnu ei jäänud kogu pilvest väikestki tükki alles, mida oli võimalik kontrolloptilise instrumendi abil jälgida, nagu Wilson tegi ja kavatsesin teha. Nagu mulle alguses tundus, tähendas pilve jäljetult kadumine elektriväljas ülemise ja alumise plaadi vahel, et katse lõppes tulemusteta...” Kuid nagu teadusajaloos sageli juhtus, andis ebaõnnestumine. tõusta uuele ideele. See viis kuulsa tilkmeetodini. "Korduvad katsed," kirjutab Millikan, "näitasid, et pärast pilve hajumist võimsas elektriväljas, oma kohale võis eristada mitmeid üksikuid veepiisku"(rõhutus lisatud minu poolt.- V.D.)."Ebaõnnestunud" katse tõi kaasa võimaluse hoida üksikuid tilka tasakaalus ja jälgida neid üsna pikka aega.

Kuid vaatluse käigus muutus veetilga mass aurustumise tagajärjel oluliselt ja Millikan liikus pärast mitmepäevast otsimist edasi katsete juurde õlitilkadega.

Katseprotseduur osutus lihtsaks. Adiabaatiline paisumine moodustab kondensaatoriplaatide vahele pilve. See koosneb erineva suuruse ja märgiga laengutega tilkadest. Kui elektriväli on sisse lülitatud, langevad kondensaatori ülemise plaadi laenguga identse laenguga tilgad kiiresti ja vastupidise laenguga tilgad tõmbab ülemine plaat ligi. Kuid teatud arvul tilkadel on selline laeng, et raskusjõudu tasakaalustab elektriline jõud.

7 või 8 minuti pärast. pilv hajub ja vaatevälja jääb väike arv tilkasid, mille laeng vastab näidatud jõudude tasakaalule.

Millikan täheldas neid tilkasid selgete heledate täppidena. "Nende tilkade ajalugu kulgeb tavaliselt nii," kirjutab ta. "Kui gravitatsioon on väljajõust veidi ülekaalus, hakkavad nad aeglaselt langema, kuid kuna need järk-järgult aurustuvad, peatub nende allapoole liikumine peagi ja nad muutuda üsna pikaks ajaks liikumatuks.” . Seejärel hakkab väli domineerima ja tilgad hakkavad aeglaselt tõusma. Nende eluea lõpus plaatidevahelises ruumis kiireneb see ülespoole liikumine väga tugevalt ja nad tõmbavad suure kiirusega ülemise plaadi poole.

3.2.3. Paigaldamise kirjeldus:

Millikani installatsiooni skeem, millega saadi 1909. aastal otsustavaid tulemusi, on näidatud joonisel 17.

Lahtris KOOS asetati ümmargustest messingplaatidest lame kondensaator M Ja N läbimõõduga 22 cm (vahemaa nende vahel oli 1,6 cm). Ülemise plaadi keskele tehti väike auk R, millest õlitilgad läbi läksid. Viimased moodustati pihusti abil õlijoa sissepritsimisel. Eelnevalt puhastati õhk tolmust klaasvillaga toru kaudu. Õlitilkade läbimõõt oli umbes 10–4 cm.

KOHTA
t aku IN kondensaatori plaatidele rakendati pinget 10 4 V. Lüliti abil oli võimalik plaate lühistada ja see hävitaks elektrivälja.

Plaatide vahele langevad õlitilgad M Ja N, valgustatud tugevast allikast. Piiskade käitumist vaadeldi läbi teleskoobi kiirte suunaga risti.

Piiskade kondenseerumiseks vajalikud ioonid tekkisid 200 mg kaaluva raadiumitüki kiirgusega, mis paiknes plaatide küljelt 3–10 cm kaugusel.

Spetsiaalse seadme abil paisus kolvi langetamine gaasi. 1–2 s pärast laiendamist eemaldati raadium või varjati pliisõel. Seejärel lülitati sisse elektriväli ja alustati tilkade vaatlemist teleskoobi. Torul oli skaala, millelt oli võimalik lugeda tilga läbitud teed teatud aja jooksul. Aega registreeriti täpse lukuga kella abil.

Oma vaatluste käigus avastas Millikan nähtuse, mis oli võtmeks üksikute elementaarlaengute järgnevate täpsete mõõtmiste jaoks.

"Rippuvate tilkade kallal töötades unustasin mitu korda neid raadiumikiirte eest kaitsta," kirjutab Millikan. Siis juhtusin märkama, et aeg-ajalt muutis üks tilk ootamatult oma laengut ja hakkas mööda välja või vastu liikuma, püüdes ilmselt esimesel juhul positiivse, teisel juhul negatiivse iooni. See avas võimaluse usaldusväärselt mõõta mitte ainult üksikute tilkade laenguid, nagu olin seni teinud, vaid ka üksikute atmosfääriioonide laenguid.

Tõepoolest, mõõtes sama tilga kiirust kaks korda, üks kord enne ja üks kord pärast iooni püüdmist, saaksin ilmselgelt täielikult välistada tilga omadused ja keskkonna omadused ning töötada väärtusega, mis on võrdeline ainult iooni laenguga. püütud ioon."

3.2.4. Algtasu arvutamine:

Millikan arvutas elementaarlaengu järgmiste kaalutluste põhjal. Tilga liikumiskiirus on võrdeline sellele mõjuva jõuga ega sõltu tilga laengust.
Kui tilk langes kondensaatori plaatide vahele ainult gravitatsiooni mõjul kiirusega υ , See

υ 1 = kmg (1)

Kui gravitatsiooni vastu suunatud väli on sisse lülitatud, on erinevuseks mõjuv jõud qE - mg, Kus q- laeng alla, E - väljatugevuse moodul.

Langemise kiirus on võrdne:

υ 2 =k(qE-mg) (2)

Kui jagame võrdsuse (1) (2), saame

KOHTA siin

Las tilk haarab iooni ja selle laeng muutub võrdseks q", ja liikumiskiirust υ 2 . Selle lõksu jäänud iooni laengut tähistatakse tähisega e.

Siis e= q"-q.

Kasutades (3), saame

Väärtus on antud languse jaoks konstantne.

3.2.5. Järeldused Millikani meetodist

Järelikult on kukkumise poolt hõivatud laeng võrdeline kiiruse erinevusega ( υ " 2 - υ 2 ), teisisõnu, on võrdeline ioonide püüdmisest tingitud tilkade kiiruse muutusega! Seega taandati elementaarlaengu mõõtmine tilga läbitud tee ja selle tee läbimise aja mõõtmiseks. Arvukad tähelepanekud on näidanud valemi (4) kehtivust. Selgus, et väärtus e saab muutuda vaid hüppeliselt! Tasusid jälgitakse alati e, 2e, 3e, 4e jne.

Millikan kirjutab, et paljudel juhtudel täheldati langust viis või kuus tundi ja selle aja jooksul püüdis see mitte kaheksa või kümme iooni, vaid sadu. Kokku olen jälginud paljude tuhandete ioonide püüdmist sel viisil ja kõigil juhtudel oli püütud laeng... kas täpselt võrdne kõigist püütud laengutest väikseima või selle väikese täisarvu kordsega. väärtus. See on otsene ja ümberlükkamatu tõend selle kohta, et elektron ei ole "statistiline keskmine", vaid et kõik ioonide elektrilaengud on kas täpselt võrdsed elektroni laenguga või esindavad selle laengu väikseid täisarvulisi kordusi.

Niisiis on elektrilaengu atomaalsus, diskreetsus või tänapäevases keeles kvantiseerimine muutunud eksperimentaalseks faktiks. Nüüd oli oluline näidata, et elektron on nii-öelda kõikjalolev. Igasugune elektrilaeng mis tahes laadi kehas on samade elementaarlaengute summa.

Millikani meetod võimaldas sellele küsimusele üheselt vastata. Esimeste katsete käigus loodi laengud neutraalsete gaasimolekulide ioniseerimisel radioaktiivse kiirguse vooluga. Mõõdeti tilkade poolt püütud ioonide laengut.

Kui pihustuspudeliga vedelikku pihustada, elektristuvad tilgad hõõrdumise tõttu. See oli hästi teada juba 19. sajandil. Kas need laengud on samuti kvantiseeritud, nagu ioonilaengud? Millikan "kaalutab" tilgad pärast pihustamist ja mõõdab laenguid ülalkirjeldatud viisil. Kogemused näitavad elektrilaengu samasugust diskreetsust.

Nafta (dielektriline), glütseriini (pooljuht), elavhõbeda (juht) tilkade piserdamine tõestab Millikan, et mis tahes füüsilise olemusega kehade laengud koosnevad kõigil juhtudel eranditult rangelt konstantse suurusega üksikutest elementaarosadest. Aastal 1913 võttis Millikan kokku arvukate katsete tulemused ja andis elementaarlaengu jaoks järgmise väärtuse: e= 4,774. 10-10 ühikut SGSE tasu. Nii pandi paika tänapäeva füüsika üks tähtsamaid konstante. Elektrilaengu määramine muutus lihtsaks aritmeetiliseks ülesandeks.

3.4 Comptoni kujutise meetod:

C.T.R. avastamine mängis olulist rolli elektroni reaalsuse idee tugevdamisel. Wilson, veeauru kondenseerumise mõju ioonidele, mis tõi kaasa võimaluse pildistada osakeste jälgi.

Nad ütlevad, et A. Compton ei suutnud loengu ajal skeptilist kuulajat veenda mikroosakeste olemasolu reaalsuses. Ta nõudis, et usuks alles pärast seda, kui on neid oma silmaga näinud.
Seejärel näitas Compton fotot alfaosakeste jäljega, mille kõrval oli sõrmejälg. "Kas sa tead, mis see on?" - küsis Compton. "Sõrm," vastas kuulaja. "Sel juhul," ütles Compton pidulikult, "see helendav triip on osake."
Fotod elektronide jälgedest ei andnud tunnistust mitte ainult elektronide tegelikkusest. Need kinnitasid eeldust elektronide väiksusest ja võimaldasid võrrelda teoreetiliste arvutuste tulemusi, mis hõlmasid elektroni raadiust, katsega. Katoodkiirte läbitungimisvõime Lenardi uuringust alguse saanud katsed näitasid, et radioaktiivsete ainete poolt kiiratavad väga kiired elektronid tekitavad gaasis sirgjoonte kujul jälgi. Raja pikkus on võrdeline elektroni energiaga. Suure energiaga α-osakeste jälgede fotod näitavad, et jäljed koosnevad suurest hulgast punktidest. Iga täpp on ioonile ilmuv veepiisk, mis tekib elektroni ja aatomi kokkupõrke tulemusena. Teades aatomi suurust ja selle kontsentratsiooni, saame arvutada aatomite arvu, millest α osake antud kaugusel läbima peab. Lihtne arvutus näitab, et alfaosake peab läbima umbes 300 aatomit, enne kui ta kohtab oma teel ühte elektroni, mis moodustab aatomi kesta ja tekitab ionisatsiooni.

See asjaolu näitab veenvalt, et elektronide maht on tühine osa aatomi mahust. Madala energiaga elektroni rada on kõver, seetõttu kaldub aeglane elektron aatomisisene väli kõrvale. See tekitab oma teel rohkem ionisatsioonisündmusi.

Hajumisteooriast saab andmeid elektroni energiast sõltuvate paindenurkade hindamiseks. Neid andmeid kinnitab hästi reaalsete jälgede analüüs. Teooria kokkulangemine katsega tugevdas ettekujutust elektronist kui aine väikseimast osakesest.

Järeldus:

Elementaarse elektrilaengu mõõtmine avas võimaluse mitmete oluliste füüsikaliste konstantide täpseks määramiseks.
Suuruse tundmine e võimaldab automaatselt määrata põhikonstandi – Avogadro konstandi – väärtuse. Enne Millikani katseid olid Avogadro konstandi kohta ainult ligikaudsed hinnangud, mille andis gaaside kineetiline teooria. Need hinnangud põhinesid õhumolekuli keskmise raadiuse arvutustel ja varieerusid üsna laias vahemikus 2-st. 10 23 kuni 20 . 10 23 1/mol.

Oletame, et teame laengut K, elektrolüüdi lahust läbinud ja elektroodile sadestunud aine M kogust. Siis, kui iooni laeng on Ze 0 ja selle mass m 0, võrdsus on täidetud

Kui ladestunud aine mass on võrdne ühe mooliga,

See Q=F- Faraday konstant ja F=N 0 e, kus:

Ilmselgelt määrab Avogadro konstandi määramise täpsuse elektronlaengu mõõtmise täpsus. Praktika on nõudnud põhikonstantide määramise täpsuse suurendamist ja see oli üks stiimuleid elektrilaengu kvantide mõõtmise metoodika edasiseks täiustamiseks. See töö, mis on nüüdseks oma olemuselt puhtalt metroloogiline, jätkub tänaseni.

Praegu on kõige täpsemad väärtused:

e= (4,8029±0,0005) 10-10. ühikut SGSE tasu;

N 0 = (6,0230±0,0005) 10 23 1/mol.

Teades No, on võimalik määrata gaasimolekulide arv 1 cm 3-s, kuna 1 mooli gaasi ruumala on juba teadaolev konstantne väärtus.

Gaasi molekulide arvu teadmine 1 cm 3-s võimaldas omakorda määrata molekuli soojusliikumise keskmise kineetilise energia. Lõpuks saab elektroni laengu järgi määrata Plancki konstanti ja Stefan-Boltzmanni konstanti soojuskiirguse seaduses.

Metoodiline märkus. Elektronist teavad õpilased juba keemiakursusest ja VII klassi ainekava vastavast osast. Nüüd tuleb süvendada oma arusaama aine esimesest elementaarosakesest, meenutada õpitut, siduda see rubriigi “Elektrostaatika” esimese teemaga ning liikuda edasi elementaarlaengu tõlgendamise kõrgemale tasemele. Tuleks meeles pidada elektrilaengu mõiste keerukust. Kavandatud ekskursioon võib aidata seda kontseptsiooni paljastada ja jõuda asja tuumani.

Elektronil on keeruline ajalugu. Et jõuda eesmärgini võimalikult lühikesel teel, on soovitatav lugu läbi viia järgmiselt.

Elektroni avastamine oli arvukate katsete tulemus. 20. sajandi alguseks. elektroni olemasolu tehti kindlaks mitmete sõltumatute katsetega. Kuid vaatamata tervete rahvuskoolide kogutud kolossaalsele eksperimentaalsele materjalile jäi elektron hüpoteetiliseks osakeseks, sest kogemus ei olnud veel paljudele fundamentaalsetele küsimustele vastanud.

Esiteks ei olnud ühtegi katset, mis hõlmaks üksikuid elektrone. Elementaarlaeng arvutati mikroskoopilise laengu mõõtmiste põhjal, eeldades mitme hüpoteeside paikapidavust.

Põhimõtteliselt olulises punktis valitses ebakindlus. Elektron ilmus esmalt elektrolüüsiseaduste aatomilise tõlgendamise tulemusena, seejärel avastati see gaaslahendusest. Ei olnud selge, kas füüsika tegeleb tegelikult sama objektiga. Suur rühm skeptilisi loodusteadlasi uskus, et elementaarlaeng on kõige erinevama suurusega laengute statistiline keskmine. Pealegi ei andnud ükski elektroni laengu mõõtmise katsetest rangelt korratavaid väärtusi.

Leidus skeptikuid, kes üldiselt elektroni avastamist ignoreerisid. Akadeemik A. F. Ioffe kirjutas oma memuaarides oma õpetaja V. K. Roentgeni kohta: „Kuni 1906–1907 ei tohtinud sõna elektron Müncheni ülikooli füüsikainstituudis hääldada. Roentgen pidas seda tõestamata hüpoteesiks, mida sageli kasutati ilma piisava põhjustel ja ilma vajadusteta".

Elektroni massi küsimus pole lahendatud ja pole tõestatud, et nii juhtide kui ka dielektrikute laengud koosnevad elektronidest. Mõistel “elektron” puudus ühemõtteline tõlgendus, sest katse ei olnud veel paljastanud aatomi struktuuri (Rutherfordi planeedimudel ilmus 1911. aastal ja Bohri teooria 1913. aastal).

Elektron pole veel teoreetilistesse konstruktsioonidesse sisenenud. Lorentzi elektroonika teoorias oli pidevalt jaotatud laengutihedus. Drude'i välja töötatud metallilise juhtivuse teooria käsitles diskreetseid laenguid, kuid need olid suvalised laengud, mille väärtusele ei seatud piiranguid.

Elektron pole veel “puhta” teaduse raamidest lahkunud. Meenutagem, et esimene vaakumtoru ilmus alles 1907. aastal.

Usult veendumuse poole liikumiseks oli vaja ennekõike elektron isoleerida, leiutada meetod elementaarlaengu otseseks ja täpseks mõõtmiseks.

Selle probleemi lahendas Ameerika füüsik Robert Millikan (1868-1953) 1906. aastal alanud peente katsetega.

Robert Milliken sündis 1868. aastal Illinoisis vaeses preestri peres. Lapsepõlve veetis ta provintsilinnas Maquoketa, kus pöörati palju tähelepanu spordile ja kehvale õppetööle. Füüsikat õpetanud gümnaasiumidirektor ütles näiteks oma noortele kuulajatele: "Kuidas saate lainetest häält teha? Jama, poisid, see kõik on jama!"

Oberdeeni kolledž polnud parem, kuid Milliken, kellel polnud rahalist toetust, pidi ise keskkooli füüsikat õpetama. Ameerikas oli tol ajal ainult kaks prantsuse keelest tõlgitud füüsikaõpikut ning andekale noormehele ei valmistanud raskusi nende õppimine ja edukas õpetamine. 1893. aastal astus ta Columbia ülikooli, seejärel läks õppima Saksamaale.

Milliken oli 28-aastane, kui sai A. Michelsonilt pakkumise asuda Chicago ülikooli assistendi kohale. Algul tegeles ta siin peaaegu eranditult pedagoogilise tööga ja alles neljakümneaastaselt alustas teaduslikku uurimistööd, mis tõi talle maailmakuulsuse.

Esimesed katsed taandusid järgmisele. Lamekondensaatori plaatide vahele, millele rakendati 4000 V pinget, tekkis pilv, mis koosnes ioonidele ladestunud veepiiskadest. Esiteks täheldati pilve tipu langemist elektrivälja puudumisel. Siis tekkis pinge sisselülitamisel pilv. Pilve langemine toimus gravitatsiooni ja elektrijõu mõjul.

Pilvelisule mõjuva jõu ja selle saavutatava kiiruse suhe on esimesel ja teisel juhul sama. Esimesel juhul võrdub jõud mg, teisel mg + qE, kus q on tilga laeng, E on elektrivälja tugevus. Kui kiirus esimesel juhul on v 1, teisel juhul v 2, siis

Teades pilve langemiskiiruse v sõltuvust õhu viskoossusest, saame arvutada vajaliku laengu q. Kuid see meetod ei andnud soovitud täpsust, kuna see sisaldas hüpoteetilisi eeldusi, mida eksperimenteerija ei kontrollinud.

Mõõtmiste täpsuse tõstmiseks oli vaja eelkõige leida võimalus arvestada pilve aurustumisega, mis mõõtmise käigus paratamatult tekkis.

Selle probleemi üle mõtiskledes tuli Millikan välja klassikalise kukkumismeetodiga, mis avas hulga ootamatuid võimalusi. Laseme autoril endal leiutise loo rääkida:

"Mõistes, et tilkade aurustumiskiirus jäi teadmata, püüdsin välja mõelda meetodi, mis selle ebakindla väärtuse täielikult kõrvaldaks. Minu plaan oli järgmine. Varasemates katsetes suutis elektriväli ainult veidi suurendada või vähendada tilkade aurustumiskiirust. pilvetipu langemine raskusjõu mõjul. Nüüd "tahtsin seda välja nii palju tugevdada, et pilve ülemine pind jäi konstantsele kõrgusele. Sel juhul sai võimalikuks täpselt määrata pilve aurustumiskiirus pilve ja võtke seda arvutustes arvesse." Selle idee elluviimiseks konstrueeris Millikan väikese suurusega laetava aku, mis andis pinget kuni 104 V (sel ajal oli see eksperimenteerija silmapaistev saavutus). See pidi looma piisavalt tugeva välja, et hoida pilve rippumas, nagu "Muhamedi kirst".

"Kui mul oli kõik valmis," räägib Millikan, "ja kui pilv tekkis, keerasin lülitit ja pilv oli elektriväljas. Ja sel hetkel sulas see mu silme all, teisisõnu, mitte väike tükk. jäi kogu pilvest, mida oli võimalik jälgida juhtoptilise instrumendi abil, nagu Wilson tegi ja kavatsesin teha. Nagu mulle alguses tundus, kadus pilv jäljetult elektriväljas ülemise ja madalamad plaadid tähendasid, et katse lõppes asjata..."

Kuid nagu teadusajaloos sageli juhtunud, andis ebaõnnestumine uue idee. See viis kuulsa tilkmeetodini. “Korduvad katsed,” kirjutab Millikan, “näitasid, et pärast pilve hajumist võimsas elektriväljas võis selle asemel eristada mitut üksikut veepiiska” (rõhutus lisatud – V.D.).

"Ebaõnnestunud" katse tõi kaasa võimaluse hoida üksikuid tilka tasakaalus ja jälgida neid üsna pikka aega.

Kuid vaatluse käigus muutus veetilga mass aurustumise tagajärjel oluliselt ja Millikan liikus pärast mitmepäevast otsimist edasi katsete juurde õlitilkadega.

Katseprotseduur osutus lihtsaks. Adiabaatiline paisumine moodustab kondensaatoriplaatide vahele pilve. See koosneb erineva suuruse ja märgiga laengutega tilkadest. Kui elektriväli on sisse lülitatud, langevad kondensaatori ülemise plaadi laenguga identse laenguga tilgad kiiresti ja vastupidise laenguga tilgad tõmbab ülemine plaat ligi. Kuid teatud arvul tilkadel on selline laeng, et raskusjõudu tasakaalustab elektriline jõud.

7 või 8 minuti pärast pilv hajub ja vaatevälja jääb väike arv tilkasid, mille laeng vastab nimetatud jõudude tasakaalule.

Millikan täheldas neid tilkasid selgete heledate täppidena. "Nende tilkade ajalugu kulgeb tavaliselt nii," kirjutab ta. "Kui gravitatsioon on väljajõust veidi ülekaalus, hakkavad nad aeglaselt langema, kuid kuna need järk-järgult aurustuvad, peatub nende allapoole liikumine peagi ja nad muutuvad üsna pikaks ajaks liikumatuks. "Siis hakkab väli domineerima ja tilgad hakkavad aeglaselt tõusma. Nende eluea lõpupoole plaatidevahelises ruumis muutub see ülespoole liikumine väga kiireks ja neid tõmbab suurel kiirusel ülemisele plaadile."

Millikani installatsiooni skeem, millega saadi 1909. aastal otsustavaid tulemusi, on näidatud joonisel 17.

Kambrisse C asetati ümmargustest messingplaatidest M ja N lamekondensaator läbimõõduga 22 cm (nendevaheline kaugus oli 1,6 cm). Pealmise plaadi keskele tehti väike auk p, millest läbisid õlitilgad. Viimased moodustati pihusti abil õlijoa sissepritsimisel. Eelnevalt puhastati õhk tolmust klaasvillaga toru kaudu. Õlitilkade läbimõõt oli umbes 10-4 cm.

Patareilt B anti kondensaatoriplaatidele pinge 104 V. Lüliti abil oli võimalik plaate lühistada ja seeläbi elektrivälja hävitada.

Plaatide M ja N vahele langevad õlitilgad valgustati tugeva allikaga. Piiskade käitumist vaadeldi läbi teleskoobi kiirte suunaga risti.

Piiskade kondenseerumiseks vajalikud ioonid tekkisid 200 mg kaaluva raadiumitüki kiirgusega, mis paiknes plaatide küljelt 3–10 cm kaugusel.

Spetsiaalse seadme abil paisus kolvi langetamine gaasi. 1-2 s pärast paisumist raadium eemaldati või varjati pliisõelaga. Seejärel lülitati sisse elektriväli ja algas tilkade vaatlemine läbi teleskoobi.

Torul oli skaala, millelt oli võimalik lugeda tilga läbitud teed teatud aja jooksul. Aega registreeriti täpse lukuga kella abil.

Oma vaatluste käigus avastas Millikan nähtuse, mis oli võtmeks üksikute elementaarlaengute järgnevate täpsete mõõtmiste jaoks.

"Rippuvate tilkade kallal töötades," kirjutab Millikan, "unustasin neid mitu korda raadiumikiirte eest varjata. Siis juhtusin märkama, et aeg-ajalt muutis mõni piisk ootamatult laengut ja hakkas mööda põldu liikuma või liikuma. selle vastu, püüdes esimesel juhul ilmselt positiivse ja teisel juhul negatiivse iooni. See avas võimaluse mõõta kindlalt mitte ainult üksikute tilkade laenguid, nagu olin seni teinud, vaid ka laengut. üksikust atmosfääriioonist.

Tegelikult, mõõtes sama tilga kiirust kaks korda, üks kord enne ja üks kord pärast iooni püüdmist, saaksin ilmselgelt täielikult välistada tilga omadused ja keskkonna omadused ning töötada ainult laenguga võrdelise väärtusega. kinnipüütud ioonist."

Millikan arvutas elementaarlaengu järgmiste kaalutluste põhjal. Tilga liikumiskiirus on võrdeline sellele mõjuva jõuga ega sõltu tilga laengust.

Kui kondensaatori plaatide vahele langes tilk gravitatsiooni mõjul ainult kiirusega v 1, siis

Kui gravitatsiooni vastu suunatud väli on sisse lülitatud, on mõjuv jõud erinevus qE = mg, kus q on tilga laeng, E on väljatugevuse moodul.

Langemise kiirus on võrdne:

v 2 = k (qE – mg) (2)

Kui jagame võrdsuse (1) (2), saame

Las tilk haarab iooni ja selle laeng muutub võrdseks q′ ja liikumiskiirusega v 2′. Selle lõksu jäänud iooni laengut tähistame tähega e. Siis e = q′ - q.

Kasutades (3), saame

Väärtus on antud languse jaoks konstantne.

Järelikult on igasugune tilga püütud laeng võrdeline kiiruse erinevusega (v′ 2 -v 2), teisisõnu võrdeline iooni kinnipüüdmisest tingitud tilga kiiruse muutusega!

Seega taandati elementaarlaengu mõõtmine tilga läbitud tee ja selle tee läbimise aja mõõtmiseks.

Arvukad tähelepanekud on näidanud valemi (4) kehtivust. Selgus, et e väärtus saab muutuda ainult hüpetel! Alati vaadeldakse laenguid e, 2e, 3e, 4e jne.

"Paljudel juhtudel," kirjutab Millikan, "langust jälgiti viis-kuus tundi ja selle aja jooksul püüdis see kinni mitte kaheksa või kümme iooni, vaid neist sadu. Kokku jälgisin paljude tuhandete ioonide püüdmist aastal Sel viisil ja kõigil juhtudel oli püütud laeng... kas täpselt võrdne kõigist püütud laengutest väikseima või selle väärtuse väikese täisarvu kordsega. See on otsene ja ümberlükkamatu tõestus, et elektron ei ole "statistiline keskmine", vaid see, et kõik ioonide elektrilaengud on kas täpselt võrdsed elektroni laenguga või esindavad selle laengu väikseid täisarvulisi kordi."

Niisiis on elektrilaengu atomaalsus, diskreetsus või tänapäevases keeles kvantiseerimine muutunud eksperimentaalseks faktiks. Nüüd oli oluline näidata, et elektron on nii-öelda kõikjalolev. Igasugune elektrilaeng mis tahes laadi kehas on samade elementaarlaengute summa.

Millikani meetod võimaldas sellele küsimusele üheselt vastata.

Esimeste katsete käigus loodi laengud neutraalsete gaasimolekulide ioniseerimisel radioaktiivse kiirguse vooluga. Mõõdeti tilkade poolt püütud ioonide laengut.

Kui pihustuspudeliga vedelikku pihustada, elektristuvad tilgad hõõrdumise tõttu. See oli hästi teada juba 19. sajandil. Kas need laengud on samuti kvantiseeritud, nagu ioonilaengud?

Millikan "kaalutab" tilgad pärast pihustamist ja mõõdab laenguid ülalkirjeldatud viisil. Kogemused näitavad elektrilaengu samasugust diskreetsust.

Nafta (dielektriline), glütseriini (pooljuht), elavhõbeda (juht) tilkade piserdamine tõestab Millikan, et mis tahes füüsilise olemusega kehade laengud koosnevad kõigil juhtudel eranditult rangelt konstantse suurusega üksikutest elementaarosadest.

1913. aastal võttis Millikan kokku arvukate katsete tulemused ja andis elementaarlaengu jaoks järgmise väärtuse: e = 4,774·10 -10 ühikut. SGSE tasu.

Nii pandi paika tänapäeva füüsika üks tähtsamaid konstante. Elektrilaengu määramine muutus lihtsaks aritmeetiliseks ülesandeks.

Elektronide visualiseerimine. Suurt rolli elektroni reaalsuse idee tugevdamisel mängis G. A. Wilsoni avastus veeauru kondenseerumise mõjust ioonidele, mis tõi kaasa võimaluse pildistada osakeste jälgi.

Nad ütlevad, et A. Compton ei suutnud loengu ajal skeptilist kuulajat veenda mikroosakeste olemasolu reaalsuses. Ta nõudis, et usuks alles pärast seda, kui on neid oma silmaga näinud.

Seejärel näitas Compton fotot α-osakeste rajast, mille kõrval oli sõrmejälg. "Kas sa tead, mis see on?" - küsis Compton. "Sõrm," vastas kuulaja. "Sel juhul," ütles Compton pidulikult, "see helendav triip on osake."

Fotod elektronide jälgedest ei andnud tunnistust mitte ainult elektronide tegelikkusest. Need kinnitasid eeldust elektronide väiksusest ja võimaldasid võrrelda teoreetiliste arvutuste tulemusi, mis hõlmasid elektroni raadiust, katsega. Katoodkiirte läbitungimisvõime Lenardi uuringust alguse saanud katsed näitasid, et radioaktiivsete ainete poolt kiiratavad väga kiired elektronid tekitavad gaasis sirgjoonte kujul jälgi. Raja pikkus on võrdeline elektroni energiaga. Suure energiaga α-osakeste jälgede fotod näitavad, et jäljed koosnevad suurest hulgast punktidest. Iga täpp on ioonile ilmuv veepiisk, mis tekib elektroni ja aatomi kokkupõrke tulemusena. Teades aatomi suurust ja selle kontsentratsiooni, saame arvutada aatomite arvu, millest α osake antud kaugusel läbima peab. Lihtne arvutus näitab, et alfaosake peab läbima umbes 300 aatomit, enne kui ta kohtab oma teel ühte elektroni, mis moodustab aatomi kesta ja tekitab ionisatsiooni.

See asjaolu näitab veenvalt, et elektronide maht on tühine osa aatomi mahust. Madala energiaga elektroni rada on kõver, seetõttu kaldub aeglane elektron aatomisisene väli kõrvale. See tekitab oma teel rohkem ionisatsioonisündmusi.

Hajumisteooriast võib saada andmeid läbipaindenurkade hindamiseks elektronide energia funktsioonina. Neid andmeid kinnitab hästi reaalsete radade analüüsimine. Teooria ja eksperimendi vaheline kokkulepe tugevdas ettekujutust elektronist kui aine väikseimast osakesest.

Elementaarse elektrilaengu mõõtmine avas võimaluse mitmete oluliste füüsikaliste konstantide täpseks määramiseks.

e väärtuse teadmine võimaldab automaatselt määrata põhikonstandi – Avogadro konstandi – väärtuse. Enne Millikani katseid olid Avogadro konstandi kohta ainult ligikaudsed hinnangud, mille andis gaaside kineetiline teooria. Need hinnangud põhinesid õhumolekuli keskmise raadiuse arvutustel ja kõikusid üsna laias vahemikus 2,10 23 kuni 20,10 23 1/mol.

Oletame, et teame elektrolüüdi lahust läbinud laengut Q ja elektroodile sadestunud aine M kogust. Siis, kui iooni laeng on Ze 0 ja selle mass m 0, kehtib võrdsus

Kui ladestunud aine mass on võrdne ühe mooliga, siis Q = F on Faraday konstant ja F = N 0 e, millest N 0 = F/e. Ilmselgelt määrab Avogadro konstandi määramise täpsuse elektronlaengu mõõtmise täpsus.

Praktika on nõudnud põhikonstantide määramise täpsuse suurendamist ja see oli üks stiimuleid elektrilaengu kvantide mõõtmise tehnika täiustamiseks. See töö, mis on nüüdseks oma olemuselt puhtalt metroloogiline, jätkub tänaseni.

Praegu on kõige täpsemad väärtused:

e = (4,8029±0,0005) 10 -10 ühikut. SGSE tasu;

N 0 = (6,0230±0,0005) 10 23 1/mol.

Teades N 0, on võimalik määrata gaasimolekulide arv 1 cm 3-s, kuna 1 mooli gaasi ruumala on juba teadaolev konstantne väärtus.

Gaasi molekulide arvu teadmine 1 cm 3-s võimaldas omakorda määrata molekuli soojusliikumise keskmise kineetilise energia.

Lõpuks saab elektroni laengu järgi määrata Plancki konstanti ja Stefan-Boltzmanni konstanti soojuskiirguse seaduses.

Paršina Anna, Sevalnikov Aleksei, Luzjanin Roman.

Töö eesmärk: õppida elektrolüüsi teel määrama elementaarlaengu väärtust; Uuring laengu määramise meetodid elektron.

Varustus: silindriline anum vasksulfaadi lahusega, lamp, elektroodid, kaalud, ampermeeter, püsipingeallikas, reostaat, kell, võti, ühendusjuhtmed.

Lae alla:

Eelvaade:

Esitluse eelvaadete kasutamiseks looge Google'i konto ja logige sisse: https://accounts.google.com

Slaidi pealdised:

Laboratoorsed tööd Elementaarlaengu määramine elektrolüüsiga Teostavad Tšutškovskaja keskkooli 10. klassi õpilased: Anna Paršina, Aleksei Sevalnikov, Roman Luzjanin. Juhataja: füüsikaõpetaja Chekalina O.Yu.

Töö eesmärk: õppida elektrolüüsi teel määrama elementaarlaengu väärtust; elektroni laengu määramise meetodid. Varustus: silindriline anum vasksulfaadi lahusega, lamp, elektroodid, kaalud, ampermeeter, püsipingeallikas, reostaat, kell, võti, ühendusjuhtmed.

Oleme keti kokku pannud: Töö edenemine:

Meie töö tulemus

Õppisime elektrolüüsi abil määrama elementaarlaengu väärtust ja uurisime elektroni laengu määramise meetodeid. Järeldus:

V. Ya. Bryusov "Elektroni maailm" Võib-olla on need elektronid maailmad, kus on viis kontinenti, kunst, teadmised, sõjad, troonid ja neljakümne sajandi mälestus! Samuti võib-olla on iga aatom saja planeediga Universum; Kõik, mis siin on, on seal, kokkusurutud mahus, aga ka see, mida siin pole. Nende mõõdud on väikesed, kuid nende lõpmatus on endiselt sama, nagu siin; Seal on kurbust ja kirge, nagu siingi, ja isegi seal on sama maist kõrkust. Nende targad, asetanud oma piiritu maailma olemasolu keskmesse, kiirustavad tungima salapära sädemetesse Ja mõtlevad, nagu mina praegu; Ja sel hetkel, kui hävingust luuakse uute jõudude voolud, hüüavad nad enesehüpnoosi unenägudes, et Jumal on oma tõrviku kustutanud!

ELEMENTAARI MÄÄRATLUS

ELEKTRILAADIMINE ELEKTROLÜÜSI MEETODIL

Varustus: Alalisvooluallikas, küvett elektroodidega komplektist Electrolyte, labori voltmeeter, takisti, kaalud raskustega või elektrooniline, võti, ühendusjuhtmed, vasksulfaadi lahus, stopper (või kell second-osodiga).

SELGITUSED TÖÖ KOHTA. Elektroni laengu määramiseks saab kasutada Faraday elektrolüüsiseadust, kus m on katoodil vabanenud aine mass; M on aine molaarmass; n on aine valentsus; e - elektronide laeng; Na on Avogadro konstant; I on voolutugevus elektrolüüdis; ∆t on aeg, mis kulub voolu läbimiseks elektrolüüdist.

Sellest valemist on selge, et töö eesmärgi saavutamiseks on vaja teada katoodil vabaneva aine molaarmassi, selle valentsi ja Avogadro konstanti. Lisaks on katse käigus vaja mõõta voolu tugevust ja selle kulgemise aega ning peale elektrolüüsi lõppu katoodil vabaneva aine massi.

Katse läbiviimiseks kasutatakse vasksulfaadi küllastunud vesilahust, mis valatakse kahe vaskelektroodiga küvetti. Üks elektrood on jäigalt kinnitatud küveti keskele ja teine ​​(eemaldatav) on selle seinal.

Vesilahuses toimub mitte ainult vasksulfaadi (CuS04 = Cu2+ +), vaid ka vee (H20 = H+ + OH -) molekulide dissotsiatsioon, kuigi nõrgal määral. Seega sisaldab CuS04 vesilahus nii positiivseid Cu2+ ja H+ ioone kui ka negatiivseid SO2- ja OH-ioone. Kui elektroodide vahele tekib elektriväli, hakkavad positiivsed ioonid liikuma katoodi suunas ja negatiivsed ioonid anoodi suunas. Katoodile lähenevad Cu2+ ja H+ ioonid, kuid mitte kõik ei tühjene. Seda seletatakse asjaoluga, et vase- ja vesinikuaatomid muutuvad kergesti positiivselt laetud ioonideks, kaotades oma välised elektronid. Kuid vaseioon seob elektroni kergemini kui vesinikuioon. Seetõttu tühjenevad katoodil vase ioonid.

Negatiivsed ioonid ja OH- liiguvad anoodi poole, kuid ükski neist ei tühjene. Sel juhul hakkab vask lahustuma. Seda seletatakse asjaoluga, et vase aatomid loovutavad elektrone kergemini elektriahela välisosale kui ioonid ja OH - ning, olles saanud positiivseteks ioonideks, lähevad lahusesse: Cu = Cu2+ + 2e-.

Seega, kui elektroodid on ühendatud alalisvooluallikaga, toimub vasksulfaadi lahuses ioonide suunatud liikumine, mille tulemusena vabaneb katoodil puhas vask.

Selleks, et vabanenud vase kiht oleks tihe ja katoodil hästi püsiks, on soovitatav elektrolüüs läbi viia lahuses väikese vooluga. Ja kuna see toob kaasa suure mõõtmisvea, kasutatakse laboratoorse ampermeetri asemel töös takistit ja voltmeetrit. Voltmeetri U näidu ja takisti R takistuse (see on näidatud selle korpusel) põhjal määratakse voolutugevus I. Katse seadistuse skemaatiline diagramm on näidatud joonisel 12.

Elektrolüüdi voolutugevus võib katse ajal muutuda, mistõttu selle keskmine väärtus 1sr asendatakse laengu määramise valemis. Keskmine vooluväärtus määratakse voltmeetri näidude registreerimisega iga 30 s järel kogu vaatlusaja jooksul, seejärel need summeeritakse ja saadud väärtus jagatakse mõõtmiste arvuga. Nii leitakse Ucp. Seejärel, kasutades Ohmi seadust, leitakse ahela osa jaoks Icp. Pingemõõtmiste tulemusi on mugavam salvestada abitabelisse.

Voolu voolamise aega mõõdetakse stopperiga.

TÖÖDE ETTEVALMISTAMISE KORD

1. Märkige, millised füüsikalised suurused alluvad käesolevas töös kasutatud meetodil elektroni laengu määramiseks otsesele mõõtmisele. Milliseid mõõtevahendeid kasutatakse mõõtmiseks? Määrake ja kirjutage üles nende instrumentide absoluutvigade piirid.

2. Määrake ja kirjutage üles absoluutsete näiduvigade piirid mehaanilise stopperi, voltmeetri ja kaalu kasutamisel.

3. Kirjutage üles absoluutse veapiiri ∆е määramise valem.

4. Mõõtmiste, vigade ja arvutuste salvestamiseks koostage tabel.

Voltmeetri näitude salvestamiseks koostage abitabel.

VASTA KÜSIMUSTELE

Miks mõjutab voolu kulgemise aeg elektrolüüdis elektronlaengu mõõtmise tulemuse viga?

Kuidas mõjutab lahuse kontsentratsioon elektroni laengu mõõtmise tulemust?

Mis on vase valents?

Mis on vase molaarmass?

Mis on Avogadro konstant?

TÖÖDE TEOSTAMISE KORD

1. Määrake skaalal eemaldatava elektroodi t1 mass.

2. Kinnitage elektrood küveti külge ja pange kokku joonisel 12 näidatud elektriahel. Veenduge, et eemaldatav elektrood on ühendatud pingeallika negatiivse poolusega.

3. Täitke küvett vasksulfaadi lahusega, sulgege võti ja registreerige voltmeetri näidud iga 30 sekundi järel 15 minuti jooksul.

4. 15 minuti pärast avage võti, võtke vooluring lahti, eemaldage elektrood, kuivatage see ja määrake selle mass m2 koos sellele ladestunud vasega.

5. Arvutage eralduva vase mass: t- ja selle mõõtmise absoluutvea ∆t piir.

6. Arvutage keskmine pinge takistil Uav ja keskmine vool elektrolüüdis I kolmap

7. Arvuta elektroni laeng e.

8. Arvuta absoluutne veapiir elektronlaengu ∆е määramiseks.

9. Pange kirja laengu määramise tulemus, võttes arvesse absoluutset veapiiri.

10. Võrrelge katse tulemuste põhjal määratud elektronide laengut tabeli väärtusega.