Доказательство существования электрона - это история его открытия
Предысторию открытия нужно начинать с древности, с наблюдения явления электризации: янтарь ("электрон" по-гречески), натертый шерстью, притягивает мелкие кусочки смолы или пыль.
Майкл Фарадей первым начал изучать прохождение зарядов через растворы солей, кислот и щелочей, что и привело к открытию законов электролиза в 1833 году.
В 1874 году ирландский физик Дж.Стоней (Стони) использовал законы электролиза Фарадея как основу для атомарной теории электричества. По величине полного заряда, прошедшего через электролит, и довольно грубой оценке числа выделившихся на катоде атомов водорода Стоней получил для
элементарного заряда число порядка 10-20 Кл (в современных единицах).
В 1881 году немецкий ученый Г.Гельмгольц отметил, что
если принять гипотезу атомной структуры элементов, нельзя не прийти к выводу, что электричество также разделяется на элементарные порции или "атомы электричества".
А почему я ее должен принимать?
В 1891 году
для постулированного им носителя элементарного заряда Дж.Стоней предложил название - "электрон".
А почему не великий Чебуратор?
В 1838 году Фарадей наблюдал тлеющий разряд, пропуская ток от электростатической машины через стеклянную трубку с воздухом при низком давлении. Между светящимся катодом и фиолетовым свечением, исходящим из анода, он обнаружил темное пространство, которое теперь называют "фарадеевым темным пространством".
Катодные лучи были открыты в 1859 году немецким физиком Ю. Плюккером. Он обнаружил, что при понижении давления темное пространство в трубке увеличивается, а стекло вблизи катода начинает фосфоресцировать. При дальнейших опытах Плюккера с сотрудниками было установлено, что
катодные лучи распространяются прямолинейно, отклоняются магнитным полем, свойства их не зависят от материала катода.
Характер отклонения лучей магнитным полем привел в 1871 году английского физика К.Варли
к гипотезе о том, что они представляют собой отрицательно заряженные частицы -
ионы.
С какой это радости?
В 1879 году английский физик У.Крукс сконструировал различные катодные трубки, позволяющие демонстрировать все известные свойства лучей. Он открыл и новые свойства:
катодные лучи переносят импульс и энергию. Крукс писал об этих лучах как об "ультрагазе" - состоянии, в котором столкновения между молекулами настолько редки, что ими можно пренебречь.
Еще один английский физик, А.Шустер в 1876-1881 годах,
доказал, что проводимость газа обусловлена его ионами, и пришел к выводу, что катодные лучи возникают в результате бомбардировки катода ионами газа, ускоренными в сильном электрическом поле.
Что это за доказательство?
Он первым показал в 1884 году, что
удельный заряд q/m катодно-лучевых частиц можно измерить по отклонению их в магнитном поле, и оценил пределы возможных значений его: от 5 . 106 до 1010 Кл/кг (в современных единицах). Для иона водорода известное тогда значение удельного заряда составляло 108 Кл/кг, то есть находилось в полученных Шустером пределах. Отсюда следовало, что катодные лучи представляют собой поток молекул
или атомов.
С чего бы это?
В Германии известный физик Генрих Герц открыл и описал в 1891 году
проницаемость катодными лучами тонких металлов. Самые малые из известных тогда частиц - молекулы водорода - не обладали такой способностью.
В этих условиях в 1894 году к экспериментам с катодными лучами приступил Томсон с сотрудниками. Параллельно во Франции в 1895 году Ж.Перрен нашел метод определения знака заряда
катодно-лучевых частиц и показал на опыте, что они действительно переносят отрицательный заряд.
Он, что видел эти самые частицы?
В 1897 году известный английский физик ТОМСОН Джозеф Джон (1856-1940 гг.) измерил удельный заряд q/m
катодно-лучевых частиц - "корпускул", как он их назвал, по отклонению катодных лучей в электрическом и магнитном полях.
И этот измерял заряд именно ЧАСТИЦ? как?
Из сопоставления полученного числа с известным в то время удельным зарядом одновалентного иона водорода, путем косвенных рассуждений он пришел к выводу, что
масса этих частиц, получивших позднее название "электроны", значительно меньше (более чем в тысячу раз) массы самого легкого иона водорода.
С чего бы это про частицы?
В том же, 1897 году он
выдвинул гипотезу, что электроны являются составной частью атомов, а катодные лучи - не атомы или не электромагнитное излучение, как считали некоторые исследователи свойств лучей.
Откуда это видно?
Серия ставших классическими экспериментов Томсона в совокупности с результатами Перрена и привела в 1897 году к признанию
корпускулярной природы катодных лучей
как потока отрицательно заряженных частиц.
Он что, наблюдал частицы?
После этого нужно было измерить в отдельности элементарный заряд, по его абсолютной величине и удельному заряду q/m рассчитать массу и подтвердить гипотезу о том, что эти частицы входят в состав атомов. Нуждалась в экспериментальном подтверждении и гипотеза Стонея-Гельмгольца об "атомах электричества".
Дж.Дж.Томсон и его ученики Ч.Вильсон и Дж.Таунсенд нашли возможность получения большого числа ионов в воздухе и других газах с помощью рентгеновских лучей, а затем и лучей радия. На основании изучения диффузии и подвижности ионов они показали, что в пределах ошибок эксперимента произведение Ne (N - число ионов) для ионов газа такое же, как для одновалентных ионов в растворе электролита. Средний заряд ионов не зависел от рода газа и вида источника ионизации. Элементарный электрический заряд, переносимый ионами электролита, оказался равным элементарному заряду ионов газа. Появился серьёзный довод в пользу существования единичного заряда, присущего всем ионам. Образование
одновалентных ионов было объяснено потерей или присоединением носителя элементарного заряда - электрона - при диссоциации молекул жидкости, при столкновениях атомов газа, а также под воздействием рентгеновских лучей или лучей радия.
Они, что, наблюдали эту самую потерю?
В 1906 году Дж.Дж.Томсон снова подчеркнул, что
катодно-лучевые частицы должны иметь такой же элементарный
заряд, как полученное им с сотрудниками значение для одновалентного иона газа - 1,03 . 10-19 Кл (в современных единицах) и что их
масса должна составлять в этом случае около 1/1700 массы атома водорода.
Он наблюдал эти частицы?
Бесспорным факт существования электрона стал лишь в 1911 году после измерений элементарного заряда американским физиком Р.Милликеном (Нобелевская премия 1923 года "За исследования в области элементарных зарядов и фотоэлектрического эффекта"). Слово "электрон" появилось в номинациях этой престижной премии лишь в 1925 году, когда немецкие физики Джеймс Франк и Густав Герц были удостоены ею "За открытие законов столкновений электронов с атомами".
Он, что измерял заряд именно электрона?
Взято
отсюда. Немножко укоротил.
Социальные закладки