Лекция Электромагниттік өзара әсерлесудің табиғаттағы маңызы
Элементар заряд және оның инварианттылығы
жүктеу/скачать 0,78 Mb. Pdf көрінісі
|
Лекция 1. Электромагнитизм
| 4. Элементар заряд және оның инварианттылығы
4.1 Милликен тәжірибесі Элементар зарядтың дискреттігі туралы болжамды алғаш рет 1752 жылы американ физигі Б. Франклин айтты. Зарядтың дискреттігі туралы алғашқы мағлұматты ағылшын физигі М. Фарадейдің 1834 жылы ашқан электролиз заңдылықтарын талдау арқылы алуға болар еді. Алайда тек 1881 жылы Г.Л. Гельмгольц және ирланд физигі Д.Стонем қарапайым электр зарядының болатыны жөнінде болжам айтқан болатын. Көптеген фактілер оның айтқанкан болжамының дұрыстығын растады. Тек 1909 жылы американ физигі Р. Милликен бұл зарядтың шамасын барынша дәл анықтады. XX ғ. басында яғни 1906-1916 жылдары орыс ғалымы Абрам Федорович Иоффе мен американдық ғалым Роберт Милликен электр зарядын өлшеуге байланысты тәжірибе жасады. Олар электр зарядының бөліну шегі бар, әрі қарай бөлінбейтін ең аз теріс заряды бар бөлшек электрон деп аталады деген қорытындыға келді. Электронның электр заряды элементар заряд деп аталады. Электрон заряды теріс және оны е әрпімен белгілейді: е = — 1,6 ∙10-19 Кл, m=9,1*10-31 кг. Заряд шамасының өлшем бірлігі ретінде 1 Кулон ( 1Кл) алынған. Абрам Федорович Иоффе(1858-1953) мен Роберт Милликен(1890-1960) элементар бөлшектердің бар екенін және олардың зарядын тәжірибе жүзінде анықтады. Ғалымдар тәжірибені мына қондырғымен жүргізді. Суретте қондырғының схемасы берілген. Ауасы жоғарғы вакуумға дейін сорылған, жабық ыдыста екі металл пластина орналасқан. А камерасынан О тесік арқылы мырыш ұнтағын жібереді. Бұл ұнтақтарды микроскоп арқылы бақлап отырған. Мырыштың ұнтағы теріс зарядталған деп жорамалдайық, ауырлық күшінің әсерінен ол төмен түседі. Бірақ ұнтақты ауырлық күшіне қарамай ауада ұстап тұра аламыз деді Иоффе, егер пластиналарды оң және теріс етіп зарядтап қойсақ. Бұл жағдайда зарядталған пластиналар арасындағы мырыш ұнтағына ауырлық күшімен қатар электр күші де әсер етеді. Егер ауырлық күші электр күшіне тең болса, онда ұнтақ тепе-теңдік қалпында ауада қалықтап тұрады. Тепе- теңдік қалпында тұрған мырыш ұнтағына ультракүлгін сәулемен әсер еткенде, оның заряды азайып, ол құлай бастайды. Себебі ұнтаққа әсер етіп тұрған электр күші азайды. Бұл процесті бірнеше рет қайталап ғалым мынадай қорытындыға келеді: ұнтақ заряды үнемі екі зарядқа кеміп отырған. Соңында ұнтақ заряды зат бөлігімен кетеді. Бұдан табиғатта ең кіші одан әрі бөлінбейтін заряд шығады. Ол электрон. Ағылшын ғалымы Роберт Милликен тәжірибені май тамшыларымен жүргізді. Ол май тамшыларының электр өрісінде қозғалыс жылдамдығын өлшей келе, электрон зарядын анықтай білді. Жазық конденсатордың жоғарғы пластинкасында саңылау бар. К түтігінен бұл саңылау арқылы май тамшылары бүркіледі. Май тамшыларының төмен түcуi М микроскоп арқылы бақыланады. Электр өpici әсер етпеген жағдайда тамшыға оның ауырлық күші, архимед күші және Стокс формуласымен анықталатын кедергі күші әсер етеді, осы күштердің әсерінен тамшы жылдамдықпен бірқалыпты козғалады. Бөлшекке әсер ететін күштердің кейбіреуін конденсатор астарларын зарядтамай тұрып, алдын-ала анықтап алуға болады. Содан соң конденсатор өрісінің тарапынан әсер ететін күшті табады. Электр өрісінің кернеулігін өзгерте отырып, бөлшектің зарядын анықтайды. Бөлшектің зарядын анықтап, Милликен оның заряды 19 1, 6 10 e Кл шамасына есе екендігін көрсетті. Элементар заряд әрі қарай ұсақ бөлшектерге бөлінбейтіндігі де дәлелденді. 19 1, 6 10 e Кл 0, e, 2e, 3e,... e Q n Оң және теріс элементар зарядтың мәндерінің өте жоғары дәлдікте өзара тең екендігі де ғажайып фактілердің бірі. Сутегі атомының және басқа да қарапайым атомдарының электр және магнит өрістеріндегі ауытқуларын тексеру арқылы электрон мен протон зарядының өзара тендігі 10 −19 − 10 −21 дәлдікпен анықталған. Элементар зарядтың сандық мәнінің инварианттығын атомның өте жоғары дәлдікте, бейтарап екендігімен түсіндіруге болады. Себебі атом кұрамындағы электрон мен протонның массалары әр түрлі болғандықтан электрондар жылдамдығы протон жылдамдығынан әлдеқайда үлкен болуы керек. Егер заряд шамасы жылдамдыққа байланысты болатын болса, яғни инвариант болмаса, атомның бейтараптығы сақталмаған болуы керек еді. Ал Ал тәжірибе жүзінде гелий сияқты жеңіл элемент атомдардың да, әжептәуір ауыр атомдардың да жьлдамдықтары v=0,5с (с – жарық жылдамдығы дейінгі дәлдікпен элементар зарядтың сандық мәнінің жылдамдыққа тәуелсіз, яғни оның инвариантты екендігін керсетеді. жүктеу/скачать 0,78 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|