Відкриття електрона

У тридцяті роки XIX ст. Фарадей досліджував явище електролізу і встановив його основні закони. Він показав, що процес виглядає так, що речовина розпадається на частинки попарно: частинка, яка несе позитивну електрику і негативне електрику. Ставлення заряду частинки до його маси характеризувало даний тип атомів або групу атомів. Однак ніяких висновків про дискретно будову електрики Фарадей не робить, його більше цікавило, що відбувається в просторі між наелектризованими тілами.
Абсолютно ясні ідеї про атомну будову електрики були у Вебера, які він розвивав у своїх роботах, починаючи з 1862 р Він пише: “При загальному поширенні електрики можна прийняти, що з кожним вагомим атомом пов’язаний електричний атом”. Однак Вебер ще не пов’язує свій “електричний атом” з конкретними фактами електролізу. Цей зв’язок була встановлена ​​Максвеллом. Ось що він пише в § 260 т. 1 його “Трактату”: “Назвемо для стислості постійний молекулярний заряд молекулою електрики. Це вираз, як би воно не було недосконале, і як би мало воно не гармоніювало з іншим змістом цієї книги, все- таки допоможе нам ясно висловити все те, що ми знали про електролізі “.
Але Максвелл не став розвивати цю ідею і навіть вважав, що після того, як буде зрозумілою справжня природа електролізу, ідея молекулярного заряду загине. Однак ідея не загинула, навпаки, продовжувала розвиватися. У 1874 р ірландський фізик стогін (Стоні) на засіданні Британської асоціації звернув увагу на існування в природі трьох “природних одиниць”: швидкості світла, постійної тяжіння і заряду електричного атома. Цей “електричний атом” стогін назвав “електроном”. Користуючись законом електролізу, він визначив, що його заряд електромагнітних одиниць. 5 квітня 1881 Гельмгольц у своїй промові, присвяченій Фарадею, сказав: “Якщо ми допускаємо існування хімічних атомів, то ми змушені укласти звідси далі, що також і електрику, як позитивне, так і негативне, поділяється на певні елементарні кількості, які грають роль атомів електрики “.
Подальша історія розвитку уявлення про електрон пов’язана з дослідженням катодних променів. У 1709 р Хоксби спостерігав світіння в балоні, з якого викачане повітря до тиску. Подібні спостереження були зроблені Нолле, Грумонтом і Фарадеем. Поворотним моментом стало винахід насоса німецьким фізиком Генріхом Іоганном Рейслером (1885 г.). У його насосі роль поршня грав ртутний стовп, тому не було прокладки, і це дозволило отримувати тиск. З цим насосом були проведені дослідження електричної провідності газів при низькому тиску професором фізики Боннського університету Юліусом Плюккера (1801-1868). Він виявив прікатодном світіння, яке не залежить від положення анода. Учень Плюккера Гитторф в 1869 р показав, що тверді тіла, поміщені близько нерухомого катода, відкидають тінь на світяться стінки трубки, що свідчило про прямолінійній характер поширення променів. Це ж явище спостерігав у 1878-1879 рр. Вільям Крукс, англійський фізик, хімік і спіритистів. Він прийшов до висновку, що промені являють собою молекули газу, що знаходиться в трубці, які під впливом катода набувають електричний заряд, а потім з величезною силою відштовхуються від нього. Однак Гольдштейн спростував гіпотезу Крукса: в катодній трубці, відкачаної до тиску 10-6Ратм, промені проходять 90 см, тоді як середня довжина вільного пробігу звичайної молекули 0,6 см. Гольдштейн назвав ці промені катодними променями.
В кінці XIX ст. розгорілася гостра дискусія про природу катодних променів. Одна школа, сильніша в Англії і у Франції, вважала, що це частинки, вириті з катода електричної силою, інша, більш сильна в Німеччині, вважала, що це нова форма хвиль, зобов’язана своїм походженням процесам в ефірі (Крукс, Е. Видеман ). Доводи змагаються шкіл мали приблизно рівну силу. Вирішальну роль у зміцненні ефірної хвильової теорії зіграли досліди Ленарда в 1893 р
Згадаймо, що Герц незадовго до цього відкрив електромагнітні хвилі, і хвилі носилися в повітрі в буквальному і переносному сенсі. Ленард зумів вивести пучок катодних променів в атмосферу, закривши частину трубки віконцем з металевої фольги. Промені пройшли крізь фольгу, не пошкодивши її, хоча у фользі не було отворів. Важко було уявити, що це частинки, адже нічого менше атома тоді не було відомо. Більше того, промені, виведені в атмосферу, надавали фотографічне і люмінесцентне дію. Він отримав в їх потоці фотографію предмета, закритого герметично алюмінієвої коробочкою з тонкими стінками. Тепер зрозуміло, що Ленард отримав рентгенових промені і першу рентгенограму, але не зрозумів цього. Коли після відкриття Рентгена стали наполягати на пріоритеті Ленарда, старий Стокс оцінив стан речей наступним чином. “Ленард мав, можливо, рентгенівські промені у своєму власному мозку, але Рентген перший направив їх до кістки інших людей”.
З іншого боку, Жан Батист Перрен в 1893 р в Парижі у своїй роботі на здобуття докторського ступеня показав, що, якщо зібрати промені в металеву чашечку перед тим, як вони потраплять на стінку, то чашечка зарядиться негативно. До того ж в магнітному полі промені вели себе так, як якщо б це був потік негативно заряджених частинок. Однак Перрен не зміг виявити відхилення цих променів в електричному полі. Джозеф Джон Томсон видозмінив досвід і показав, що експеримент вдається, якщо промені попередньо зігнути магнітним полем. Далі Томсон виміряв відношення маси до заряду. За його даними, г / Кл. Томсон пише: “З цих вимірювань видно, що величина не залежить від природи газу, а її значення 10-7 дуже мало в порівнянні з величиною 10-4, що є найменшим з раніше відомих значень для цього відношення і що відноситься до іонів водню, які беруть участь в електролізі “.
Таким чином, величина відносини для носіїв електрики в катодних променях значно менше, ніж відповідна величина в електролізі. Трохи пояснюється або малістю т, або великим значенням е, або тим і іншим одночасно.
Декількома місяцями раніше молодий голландець Земан спостерігав розщеплення ліній у спектрі Na в сильному магнітному полі. Земан проконсультувався з Лоренцем, який пояснив явище на основі своєї електронної теорії, вважаючи, що електрони є джерелами світла. За даними Зеемана Лоренц обчислив і отримав ставлення, близьке до значення, отриманого Томсоном. Навіть після підтримки з боку іншої галузі фізики гіпотеза про електрон була ще не доведена.

Посилання на основну публікацію