Опыты иоффе. Опыты Иоффе и Милликена. Электрон. Суть эксперимента минимальный отрицательный заряд

Много произведений создал русский писатель Ф.А. Абрамов: «Пелагея» (краткое содержание повести можно прочитать в этой статье), «Пути-перепутья», «Женщина в песках» и другие. В каждом из этих произведений автор размышляет о нелегкой судьбе простого человека из народа.

Более подробно рассмотрим повесть «Пелагея».

Простая жизнь

Внешне жизнь главной героини однообразна. Она наполнена трудом, заботами о близких. Пелагея живет с мужем и дочерью, которая только оканчивает школу. Работает в пекарне. Муж ее болеет, поэтому вся домашняя работа лежит на ее плечах.

Пелагея должна и по хозяйству всю работу выполнять, и за дочерью следить, и за мужем ухаживать, и хлеб печь.

Все ее дни наполнены этим трудом.

Дочь не радует женщину. Она отказывается ей помогать по хозяйству, деревенская жизнь ее тяготит, а нравятся развлечения и общение с подругами и молодыми людьми.

Вот основная сюжетная линия повести Ф.А. Абрамова «Пелагея», краткое содержание которой мы рассмотрели.

Итог жизни Пелагеи Амосовой так же печален, как и судьба ее мужа. Ее ждет ранняя смерть. Причин такого печального финала судьбы этой деревенской женщины много.

Ф.А. Абрамов «Пелагея»: главные герои и сюжетная линия

Пелагея Амосова лишается всего, чем жила. Ее муж заболевает еще сильнее и в конце концов умирает. Дочка исчезает из дома. По всей видимости, девушка влюбляется в молодого офицера и уезжает с ним в город, матери она не пишет, общаться с ней как-то иначе не желает.

Пелагея лишается работы. Одиночество, вынужденное безделье и безденежье тяготят ее.

Многое хотел рассказать в своей повести читателям Ф.А. Абрамов. «Пелагея», краткое содержание которой можно уместить на одной машинописной странице, - это печальная история о женской судьбе.

Окончательная гибель

Главная героиня от тоски начинает болеть. А этого она не умела. Привыкла ухаживать за больным мужем, заботиться о дочери, работать не покладая рук. Теперь она и ее труд оказались никому не нужны.

Постепенно жизненные силы покидают героиню. И она тихо и безрадостно уходит из жизни.

Эта повесть сегодня малоизвестна, а между тем в ней скрыт глубокий смысл. Автор рассказывает нам нехитрую историю о человеке труда, женщине, для которой забота об окружающих стала смыслом жизни. Потеряв этот смысл, главная героиня теряет и жизнь.

Мы рассмотрели произведение Ф.А. Абрамова «Пелагея», краткое содержание, сюжет и герои которого рассказывают о простой, но такой знакомой каждому из нас ситуации.

Опыты Милликена и Иоффе по измерению заряда электрона. Дискретность электрического заряда.

Дата: 1910–1913.

Методы: количественное сравнение непосредственных наблюдений с теорией.

Прямота эксперимента: непосредственное наблюдение + теоретический анализ.

Искусственность изучаемых условий: искусственные условия, при которых применима используемая модель.

Исследуемые фундаментальные принципы: дискретность электрического заряда.



В опыте Роберта Эндрюса Милликена (1858–1953) исследовались микрокапли масла К (см. рис. справа), наэлектризованные трением о воздух, а также захватом ионов воздуха, ионизированного ультрафиолетовым излучением. Если поместить такую каплю в вертикальный сосуд с воздухом, то она начнет падать, и скоро установится ее постоянная скорость падения , соответствующая равновесию силы Архимеда, силы вязкого трения и силы тяжести:

где - плотность, объем и радиус капли соответственно, - коэффициент сопротивления воздуха, выражающийся через его вязкость согласно закону Стокса , - плотность воздуха. Если теперь в сосуде создать направленное вертикально поле с напряженностью , то в левой части уравнения выше появится слагаемое , где - заряд капли. В опыте масло, пройдя через специальную распыляющую камеру Р , направлялось в пространство между двумя металлическими пластинами, разность потенциалов между которыми составляла до нескольких киловольт (см. рис.). Вначале, при отключенном напряжении, капля начинала падать, при этом за ней наблюдали в микроскоп М , фиксируя установившуюся скорость падения. Однако до того, как капля падала на нижнюю пластину, напряжение включали, чтобы электрическое поле поднимало каплю, и вычисляли установившуюся скорость подъема капли вверх. Вовремя включая и отключая поле, каплю много раз заставляли подниматься и спускаться вниз, при этом нетрудно было вычислить ее заряд. Оказалось, что он был различным в различных измерениях, но все время кратным одному и тому же значению элементарного заряда

Это значение заряда связали впоследствии с зарядом электрона. На самом же деле считается, что капля просто захватывала в процессе своего движения положительно или отрицательно заряженные ионы.

Если говорить об особенностях эксперимента Милликена, то можно сказать, что в нем использовался специально очищенный воздух, а камеру, по которой поднималась и опускалась капля, освещали светом электрической дуги. Это с одной стороны делало каплю видимой, а с другой стороны ионизировало воздух, что давало возможность капле захватывать его ионы. Кроме того, как показано на рисунке, распылитель находился над верхней пластиной, в которой, однако, находилось малое отверстие О , через которое лишь отдельные капли попадали в пространство между пластинами, в котором существовало электрическое поле. В опыте Милликена использовались капли размером порядка микрометра.

Похожий эксперимент был проведен Абрамом Федоровичем Иоффе (1890–1960) с разницей всего в пару лет (Иоффе опубликовал свою работу в 1913 г., уже после Милликена, поэтому в литературе обычно ссылаются на последнего). В его опыте электрическим полем уравновешивались не капли масла, а металлические пылинки, которые электризовались при помощи ионизирующего излучения (тут, однако, заряд должен был быть всегда положительным, поскольку пылинка должна была терять электроны в результате поглощения квантов этого излучения). Поскольку плотность металла значительно превышает плотность воздуха, сила Архимеда является несущественной, кроме того, в опыте Иоффе наблюдалось равновесие частиц, а не их равномерное движение, которое обеспечивалось регулировкой напряжения между пластинами.

Особенность опыта Иоффе была в том, что пылинки, вбрасываемые в камеру-конденсатор, не были изначально нейтральными, однако можно было заметить, что под действием ультрафиолетового излучения они теряли отрицательный заряд, что говорило именно о таком знаке заряда электрона. Это не что иное как фотоэффект, открытый и исследованный Столетовым.

В результате опытов Милликена и Иоффе был установлен фундаментальный для физики факт - дискретность электрического заряда - и найдена количественная характеристика дискретности. Тем не менее, в современной теоретической физике существуют объекты, обладающие дробным зарядом. Это кварки, заряды которых по абсолютной величине составляют и элементарного. Однако эти частицы не существуют в свободном виде, а их связанные состояния - адроны - обладают уже целым зарядом (в единицах элементарного). Тем не менее, в опытах по рассеянию высокоэнергетических частиц на адронах были действительно получены значения зарядов кварков внутри них, кратные трети элементарного заряда.

Величина элементарного электрического заряда тесно связана с безразмерной постоянной тонкой структуры , которая определяет силу электромагнитного взаимодействия и известна сегодня с поразительной точностью:

Одно из теоретических объяснений дискретности заряда было предложено в начале XX века Калуцей и Кляйном на основе представления о высших размерностях пространства-времени. Тем не менее, дискретность электрического заряда остается на сегодняшний день принятой, но не объясненной.

Билет 8. Строение атома. Опыты Иоффе и Милликена. Опыт Резерфорда. Строение атома и таблица Менделеева. Строение ядра.

Опыт с делением заряда на 2 электрометрах. Существует ли предел деления заряда? Существует заряженная частица, которая имеет са­мый малый заряд, который разделить не­возможно. Существование мельчайших частиц, имею­щих наименьший электрический заряд, было доказано многими опытами Иоффе и Милликена. В своих опытах они электризова­ли мелкие пылинки цинка. Заряд пылинок ме­няли несколько раз и вычисляли его. Так по­ступали несколько раз. При этом заряд оказы­вался каждый раз другим. Но все его изменения были в целое число раз (т. е. в 2, 3, 4 и т. д.) больше некоторого определенного наименьшего заряда. Этот результат можно объяснить только так. К пылинке цинка присоединяется или от нее отделяется только наименьший заряд (или целое число таких зарядов). Этот заряд даль­ше уже не делится. Частицу, имеющую самый маленький заряд, назва­ли электроном.

Электрон очень мал. Масса электрона равна 9,1 · 10-19 кг. Эта масса примерно в 3700 раз меньше массы молекулы водорода , которая являет­ся наименьшей из всех молекул.

Электрический заряд - это одно из основных свойств электрона. Нельзя представить, что этот заряд можно снять с электрона. Они не отделимы друг от друга. Электрон - частица с наименьшим отрицательным зарядом. Его заряд равен -1,6 · 10-19 Кл.

Строение атомов

1896г. - Дж. Дж. Томсон открыл электрон. 1903г. - Дж. Дж. Томсон выдвинул гипотезу о том, что электрон находится внутри атома. Но атом в целом нейтральный, поэтому ученый предположил, что отрицательные электроны окружены в атоме положительно заряженным веществом. Атом, по мысли Дж. Томсона, очень похож на "пудинг с изюмом", где "каша" - положительно заряженное вещество атома., а электроны - " изюм" в ней.

https://pandia.ru/text/78/203/images/image002_67.jpg" alt="Строение" align="left" width="103" height="307 src=">

Некоторые альфа-частицы проходили сквозь фольгу, образуя на экране размытое пятно, а следы от других альфа-частиц были зафиксированы на боковых экранах. Опыт показал, что положительный заряд атома сконцентрирован в очень малом объеме - ядре, а между ядрами атомов существуют большие промежутки.

Резерфорд показал, что модель Томсона находится в противоречии с его опытами.

Ядерная (планетарная) модель строения атома Резерфорда.

1911г. - Резерфорд предложил современную ядерную (планетарную) модель строения атома

Резерфорд шел к своему открытию строения атома в течение 5 лет. Долгих пять лет проводил он опыты по исследованию строения атома.

Резерфорд установил, что:

Атом имеет в центре ядро, размеры которого во много раз меньше размеров самого атома. Вокруг ядра по орбитам движутся электроны.
Почти вся масса атома сконцентрирована в его ядре. Суммарный отрицательный заряд всех электронов равен суммарному положительному заряду ядра атома и компенсирует его.

В составе ядра на­ходятся положительно заряженные частицы. Их назвали про­тонами. Каждый протон имеет массу, в 1840 раз большую, чем мас­са электрона.

Заряд протона положителен и равен по абсолютному значению за­ряду электрона.

Кроме протонов, в ядрах атомов содержатся еще нейтральные (не имеющие заряда) частицы. Они получили название нейтро­нов.

Масса нейтрона не намного больше массы протона. Итак, строение атома таково: в центре атома находится яд­ро, состоящее из протонов и нейтронов, а вокруг ядра движутся электроны.

В целом не имеет заря­да, он нейтрален, потому что положитель­ный заряд его ядра равен отрицательному за­ряду всех его электронов.

Но атом, потерявший один или несколько электронов, уже не является нейтральным, а будет иметь положительный заряд. Его называ­ют тогда положительным ионом.

Наблюдается и обратное. Лишний электрон присоединяется к нейтральному атому. В этом случае атом приобретает отрицательный заряд и становится отрицательным ионом.

Существование частиц, имеющих наименьший электрический заряд, доказано многими опытами. Рассмотрим опыты, проведенные советским ученым А. Ф. Иоффе и, независимо от него, американским ученым Р. Милликеном.

Ознакомимся сначала с физическим явлением, которое использовано в этих опытах. Это явление состоит в том, что под действием света (особенно ультрафиолетового 1 ) отрицательный: заряд тела уменьшается. Например, цинковая пластинка, заряженная отрицательно, разряжается под действием ультрафиолетового света (рис. 220).

На рисунке 221 изображена установка, использованная в опыте А. Ф. Иоффе. В закрытом сосуде находились две металлические пластины П, расположенные горизонтально. Из камеры A через отверстие 0 в пространство между пластинами попадали мелкие заряженные пылинки цинка. Эти пылинки наблюдали в микроскоп.

1. Ультрафиолетовое излучение - это то самое излучение, которое вызывает загар кожи человека; оно имеется не только в солнечном свете, но и в свете специальных электрических ламп.

Положим, что пылинка k заряжена отрицательно. Под действием силы тяжести F T она начнет падать вниз. Но ее падение можно задержать, если нижнюю пластину, зарядить отрицательным зарядом, а верхнюю - положительным. В электрическом поле между пластинами на пылинку станет действовать электрическая сила F эл. Эта сила пропорциональна заряду пылинки: чем больше заряд у пылинки, тем больше будет и сила F эл; действующая на нее. Можно так зарядить пластины, что эта сила уравновесит силу тяжести: F эл = F T . При этих условиях пылинка будет находиться в равновесии сколь угодно долго. Затем отрицательный заряд пылинки уменьшали, действуя на нее ультрафиолетовым светом. Пылинка начинала падать, так как сила F эл, действовавшая на нее, уменьшалась вследствие уменьшения заряда пылинки. Сообщая пластинам дополнительный заряд, и этим усиливая электрическое поле между пластинами, пылинку снова останавливали. Так поступали несколько раз.

Иоффе Абрам Федорович (1880- 1960) - советский физик, академик. Ему принадлежит ряд открытий в области учения о твердом теле, диэлектриках и полупроводниках. А. Ф, Иоффе является одним из крупных организаторов физических исследований в СССР.

Опыты показали, что при этом все изменения заряда пылинки были в целое число раз (т. е. в 2,3, 4, 5 и т. д.) больше начального заряда пылинки. Следовательно, заряд пылинки изменялся определенными порциями. Из этого опыта А. Ф. Иоффе сделал следующий вывод: «При освещении ультрафиолетовым светом пылинка теряет отрицательный заряд не непрерывно, а отдельными порциями. Заряд пылинки всегда выражается целыми кратными значениями элементарного заряда е 0 . Но заряд с пылинки уходит вместе с частицей вещества. Следовательно, в природе существует такая частица вещества, которая имеет самый маленький заряд, далее уже не делимый. Эту частицу назвали электроном».

Значение заряда электрона впервые определил Р. Милликен. В своих опытах он пользовался мелкими капельками масла, наблюдая за их движением в электрическом поле.

Масса электрона оказалась равной 9,1 10 -28 г, она в 3700 раз меньше массы молекулы водорода, наименьшей из всех молекул. Электрический заряд - одно из основных свойств электрона. Нельзя представить, что этот заряд можно «снять» с электрона, он является неотделимым свойством электрона. Электрон - частица с наименьшим отрицательным зарядом.

Упражнение. В описанном опыте нижнюю пластину зарядили отрицательно. Находящаяся ранее в равновесии капля стала двигаться вверх. Как изменился ее заряд? Увеличилось или уменьшилось число электронов на ней?

К концу ХIХ века в ряде самых разнообразных опытов было установлено, что существует некий носитель отрицательного заряда, который назвали электроном.

Однако это была фактически гипотетическая единица, поскольку, несмотря на обилие практического материала, не было проведено ни одного эксперимента с участием одиночного электрона.

Не было известно, существуют ли разновидности электронов для разных веществ или он одинаков всегда, какой заряд несет на себе электрон, может ли заряд существовать отдельно от частицы.

В общем, в научной среде по поводу электрона ходили горячие споры, а достаточной практической базы, которая бы однозначно прекратила все дебаты, не было.

Исследование электрона Иоффе и Милликеном: как это было

Чтобы найти ответы на вопросы независимо друг от друга два ученых в 1910-1911 годах провели эксперименты по исследованию поведения одиночных электронов. Это были русский физик Абрам Иоффе и американский ученый Роберт Милликен.

В своих опытах они применяли немного отличающиеся установки, но суть и принцип были одинаковыми. Итак, они взяли закрытый сосуд, из которого откачали воздух до состояния вакуума.

Внутри сосуда находились две металлические пластины, которым можно было сообщать некий заряд, а также облако капелек масла или пылинок, заряженных отрицательно, за которыми можно было наблюдать через специально подведенный микроскоп.

Итак, заряженные пылинки и капельки в вакууме будут падать с верхней пластины на нижнюю, однако этот процесс можно остановить, если зарядить верхнюю пластину положительно, а нижнюю отрицательно.

Возникшее электрическое поле будет действовать кулоновскими силами на заряженные частички, препятствуя их падению. Регулируя величину заряда, добивались того, что пылинки парили посередине между пластинами.

Далее уменьшали заряд пылинок или капель, облучая их рентгеном или ультрафиолетом. Теряя заряд, пылинки начинали падать вновь, их вновь останавливали, регулируя заряд пластин. Такой процесс повторяли несколько раз, вычисляя заряд капель и пылинок по специальным формулам.

В результате этих исследований удалось установить, что заряд пылинок или капель всегда изменялся скачками, на строго определенную величину, либо же на размер, кратный это величине.

Суть эксперимента минимальный отрицательный заряд

Эта минимальная величина минимальный или элементарный отрицательный электрический заряд. Этот заряд всегда уходил не сам по себе, а вместе с частицей вещества.

Так и был сделан вывод о существовании маленькой частицы вещества, несущей на себе неделимый электрический заряд, заряд электрона.

Гипотетическое существование электрона получило практическое подтверждение, прекратив все споры, так как теперь даже самые ярые скептики не могли отрицать существования электрона со строго определенным зарядом, одинаковым для разных веществ, так как это было доказано экспериментально независимыми исследованиями.