الکترون یک ذره بنیادی با بار منفی است که متعلق به کلاس لپتون ها است (به ذرات ابتدایی مراجعه کنید)، حامل کوچکترین جرم شناخته شده فعلی و کوچکترین بار الکتریکی در طبیعت. در سال 1897 توسط دانشمند انگلیسی جی جی تامسون کشف شد.

الکترون جزء لاینفک یک اتم است، تعداد الکترون‌های یک اتم خنثی برابر با عدد اتمی است، یعنی تعداد پروتون‌های هسته.

اولین اندازه گیری دقیق بار الکتریکی یک الکترون در سال 1909-1913 انجام شد. دانشمند آمریکایی R. Milliken. مقدار مدرن قدر مطلق شارژ اولیه واحدهای SGSE یا تقریباً C است. اعتقاد بر این است که این بار واقعاً "ابتدایی" است ، یعنی نمی توان آن را به قطعات تقسیم کرد و بارهای هر جسم مضرب عدد صحیح آن است.

شاید در مورد کوارک هایی با بار الکتریکی شنیده باشید، اما ظاهراً آنها در داخل هادرون ها قفل شده اند و در حالت آزاد وجود ندارند. همراه با ثابت پلانک h و سرعت نور c، بار اولیه یک ثابت بی بعد = 1/137 را تشکیل می دهد. ثابت ساختار ظریف یکی از مهمترین پارامترهای الکترودینامیک کوانتومی است؛ شدت برهمکنش های الکترومغناطیسی را تعیین می کند (دقیق ترین مقدار مدرن = 0.000015).

جرم الکترون g (بر حسب واحد انرژی). اگر قوانین بقای انرژی و بار الکتریکی معتبر باشد، هر گونه واپاشی الکترون، مانند و غیره، ممنوع است، بنابراین، الکترون پایدار است. به طور تجربی مشخص شده است که طول عمر آن کمتر از سال نیست.

در سال 1925، فیزیکدانان آمریکایی S. Goudsmit و J. Uhlenbeck حرکت زاویه ای داخلی یک الکترون - اسپین (s) - را برای توضیح ویژگی های طیف های اتمی معرفی کردند. اسپین الکترون برابر با نیمی از ثابت پلانک است، اما فیزیکدانان معمولاً به سادگی می گویند که اسپین الکترون = 1/2 است. گشتاور مغناطیسی خود با اسپین الکترون مرتبط است. مقدار erg/G مگنتون بور MB نامیده می شود (این واحد اندازه گیری گشتاور مغناطیسی پذیرفته شده در فیزیک اتمی و هسته ای است؛ در اینجا h ثابت پلانک است و m مقدار مطلق بار و جرم الکترون است. ، c سرعت نور است). ضریب عددی ضریب الکترون است. از معادله نسبیتی مکانیکی کوانتومی دیراک (1928) مقدار به دست آمده، یعنی گشتاور مغناطیسی الکترون باید دقیقاً برابر با یک مگنتون بور باشد.

با این حال، در سال 1947 در آزمایشات کشف شد که گشتاور مغناطیسی تقریباً 0.1٪ بیشتر از مگنتون بور است. توضیحی برای این واقعیت با در نظر گرفتن پلاریزاسیون خلاء در الکترودینامیک کوانتومی ارائه شد. محاسبات بسیار کار فشرده یک مقدار نظری (0.000000000000148) به دست آورد که می تواند با داده های تجربی مدرن (1981) مقایسه شود: برای الکترون و پوزیترون (0.0000000000050).

مقادیر با دقت دوازده رقم اعشار محاسبه و اندازه گیری می شوند و دقت کار تجربی بالاتر از دقت محاسبات نظری است. اینها دقیق ترین اندازه گیری ها در فیزیک ذرات هستند.

ویژگی های حرکت الکترون ها در اتم ها، که از معادلات مکانیک کوانتومی تبعیت می کند، خواص نوری، الکتریکی، مغناطیسی، شیمیایی و مکانیکی مواد را تعیین می کند.

الکترون ها در برهمکنش های الکترومغناطیسی، ضعیف و گرانشی شرکت می کنند (به وحدت نیروهای طبیعت مراجعه کنید). بنابراین، در نتیجه فرآیند الکترومغناطیسی، نابودی یک الکترون و یک پوزیترون با تشکیل دو کوانتا اتفاق می افتد: . الکترون‌ها و پوزیترون‌های پرانرژی نیز می‌توانند در فرآیندهای دیگر نابودی الکترومغناطیسی با تشکیل هادرون شرکت کنند: هادرون. اکنون چنین واکنش هایی به شدت در شتاب دهنده های متعدد با استفاده از پرتوهای برخوردی مورد مطالعه قرار می گیرند (به شتاب دهنده های ذرات باردار مراجعه کنید).

برهمکنش‌های ضعیف الکترون‌ها، به عنوان مثال، در فرآیندهای با نقض برابری (نگاه کنید به برابری) در طیف‌های اتمی یا در واکنش‌های بین الکترون‌ها و نوترینوها ظاهر می‌شوند.

هیچ اطلاعاتی در مورد ساختار داخلی الکترون وجود ندارد. نظریه های مدرن مبتنی بر مفهوم لپتون ها به عنوان ذرات نقطه ای هستند. این در حال حاضر به صورت تجربی تا فواصل سانتی‌متری تأیید شده است. داده‌های جدید تنها با افزایش انرژی برخورد ذرات در شتاب‌دهنده‌های آینده می‌توانند ظاهر شوند.

مشخص است که الکترون ها دارای بار منفی هستند. اما چگونه می توان مطمئن شد که جرم الکترون و بار آن برای همه این ذرات ثابت است؟ شما می توانید این را فقط با گرفتن آن در پرواز بررسی کنید. پس از توقف، او در میان مولکول ها و اتم هایی که تجهیزات آزمایشگاهی را تشکیل می دهند گم می شود. فرآیند درک جهان خرد و ذرات آن راه درازی را طی کرده است: از اولین آزمایش‌های بدوی تا آخرین پیشرفت‌ها در زمینه فیزیک اتمی تجربی.

اولین اطلاعات در مورد الکترون ها

صد و پنجاه سال پیش الکترون ها شناخته شده نبودند. اولین سیگنالی که وجود «بلوک‌های سازنده» الکتریسیته را نشان می‌دهد، آزمایش‌هایی در الکترولیز بود. در همه موارد، هر ذره باردار ماده حامل یک بار الکتریکی استاندارد بود که دارای یک مقدار بود. در برخی موارد، مقدار شارژ دو یا سه برابر می شد، اما همیشه مضربی از یک حداقل مقدار شارژ باقی می ماند.

آزمایش های جی. تامپسون

در آزمایشگاه کاوندیش، جی تامسون آزمایشی را انجام داد که در واقع وجود ذرات الکتریسیته را ثابت کرد. برای انجام این کار، دانشمند تابش ساطع شده از لوله های کاتدی را بررسی کرد. در این آزمایش، پرتوها از یک صفحه با بار منفی دفع شدند و به یک صفحه با بار مثبت جذب شدند. فرضیه وجود ثابت ذرات الکتریکی خاص در میدان الکتریکی تایید شد. سرعت حرکت آنها با سرعت نور قابل مقایسه بود. بار الکتریکی بر حسب جرم ذره فوق العاده بزرگ بود. از مشاهدات خود، تامپسون چندین نتیجه گرفت که متعاقباً توسط مطالعات دیگر تأیید شد.

نتیجه گیری تامپسون

1. وقتی اتم ها توسط ذرات سریعتر بمباران شوند می توانند از هم جدا شوند. در همان زمان، ذرات با بار منفی از وسط اتم ها فرار می کنند.
2. همه ذرات باردار بدون توجه به ماده ای که از آن مشتق شده اند، جرم و بار یکسانی دارند.
3. جرم این ذرات بسیار کمتر از جرم سبک ترین اتم است.
4. هر ذره از یک ماده حامل کوچکترین کسر ممکن از بار الکتریکی است که کمتر از آن در طبیعت وجود ندارد. هر جسم باردار تعداد زیادی الکترون را حمل می کند.

آزمایش های دقیق امکان محاسبه پارامترهای ریزذرات مرموز را فراهم کرد. در نتیجه، مشخص شد که ذرات باردار باز اتم های الکتریسیته غیرقابل تقسیم هستند. متعاقباً به آنها نام الکترون داده شد. از یونان باستان آمده و برای توصیف ذره تازه کشف شده مناسب است.

اندازه گیری مستقیم سرعت الکترون

از آنجایی که هیچ راهی برای دیدن الکترون وجود ندارد، آزمایش های لازم برای اندازه گیری مقادیر اساسی این ذره بنیادی با استفاده از میدان های الکترومغناطیسی و گرانشی انجام می شود. اگر اولین مورد فقط بر بار الکترون تأثیر می گذارد، پس با کمک آزمایش های ظریف، با در نظر گرفتن اثر گرانشی، می توان جرم الکترون را تقریباً محاسبه کرد.

تفنگ الکترونی

اولین اندازه گیری جرم و بارهای الکترون با استفاده از تفنگ الکترونی انجام شد. خلاء عمیق در بدنه تفنگ به الکترون ها اجازه می دهد تا در یک پرتو باریک از یک کاتد به کاتد دیگر حرکت کنند.

الکترون ها مجبور می شوند دو بار با سرعت ثابت از سوراخ های باریک عبور کنند v. فرآیندی مشابه نحوه ورود جریانی از شیلنگ باغچه به سوراخی در حصار رخ می دهد. بخش‌هایی از الکترون‌ها در طول لوله با سرعت ثابت پرواز می‌کنند. به طور تجربی ثابت شده است که اگر ولتاژ اعمال شده به تفنگ الکترونی 100 ولت باشد، سرعت الکترون 6 میلیون متر بر ثانیه محاسبه می شود.

یافته های تجربی

اندازه گیری مستقیم سرعت الکترون نشان می دهد که صرف نظر از اینکه تفنگ از چه موادی ساخته شده است و اختلاف پتانسیل چقدر است، رابطه e/m = const برقرار است.

این نتیجه گیری قبلاً در آغاز قرن بیستم انجام شد. در آن زمان آنها هنوز نمی دانستند که چگونه پرتوهای همگن از ذرات باردار ایجاد کنند؛ دستگاه های دیگری برای آزمایش استفاده می شدند، اما نتیجه یکسان بود. این آزمایش به ما اجازه داد تا چندین نتیجه بگیریم. نسبت بار یک الکترون به جرم آن برای الکترون ها یکسان است. این باعث می شود تا در مورد جهانی بودن الکترون به عنوان جزئی از هر ماده در جهان ما نتیجه گیری کنیم. در سرعت های بسیار بالا، مقدار e/m کمتر از حد انتظار می شود. این پارادوکس به طور کامل با این واقعیت توضیح داده می شود که در سرعت های بالا قابل مقایسه با سرعت نور، جرم ذره افزایش می یابد. شرایط مرزی تبدیل‌های لورنتس نشان می‌دهد که وقتی سرعت جسمی برابر با سرعت نور باشد، جرم این جسم بی‌نهایت می‌شود. افزایش محسوس در جرم الکترون در تطابق کامل با نظریه نسبیت رخ می دهد.

الکترون و جرم سکون آن

این نتیجه متناقض که جرم الکترون ثابت نیست منجر به چندین نتیجه جالب می شود. در حالت عادی، جرم سکون الکترون تغییر نمی کند. می توان آن را بر اساس آزمایش های مختلف اندازه گیری کرد. در حال حاضر، جرم الکترون بارها اندازه گیری شده است و 9.10938291 (40) · 10-31 کیلوگرم است. الکترون‌هایی با چنین جرمی وارد واکنش‌های شیمیایی می‌شوند، حرکت جریان الکتریکی را تشکیل می‌دهند و توسط دقیق‌ترین ابزارهایی که واکنش‌های هسته‌ای را ثبت می‌کنند، گرفته می‌شوند. افزایش قابل توجه این مقدار فقط در سرعت های نزدیک به سرعت نور امکان پذیر است.

الکترون ها در کریستال ها

فیزیک حالت جامد علمی است که مشاهدات رفتار ذرات باردار در کریستال ها را انجام می دهد. نتیجه آزمایش‌های متعدد، ایجاد کمیت خاصی بود که رفتار الکترون را در میدان‌های نیروی مواد کریستالی مشخص می‌کند. این به اصطلاح جرم موثر الکترون است. مقدار آن بر اساس این واقعیت محاسبه می شود که حرکت یک الکترون در یک کریستال تحت تأثیر نیروهای اضافی است که منبع آن خود شبکه کریستالی است. چنین حرکتی را می توان به عنوان استاندارد برای یک الکترون آزاد توصیف کرد، اما هنگام محاسبه تکانه و انرژی چنین ذره ای، باید جرم سکون الکترون را در نظر گرفت، بلکه جرم مؤثر را که مقدار آن متفاوت است، در نظر گرفت.

حرکت یک الکترون در یک کریستال

وضعیت هر ذره آزاد را می توان با بزرگی تکانه آن مشخص کرد. از آنجایی که مقدار تکانه قبلاً تعیین شده است، بنابراین، طبق اصل عدم قطعیت، به نظر می رسد مختصات ذره در سرتاسر کریستال تار شده باشد. احتمال برخورد با یک الکترون در هر نقطه از شبکه کریستالی تقریباً یکسان است. تکانه یک الکترون حالت آن را در هر مختصاتی از میدان انرژی مشخص می کند. محاسبات نشان می دهد که وابستگی انرژی یک الکترون به تکانه آن همانند یک ذره آزاد است، اما در عین حال جرم الکترون می تواند مقداری متفاوت از مقدار معمول به خود بگیرد. به طور کلی انرژی الکترون که بر حسب تکانه بیان می شود، به شکل E(p)=p 2/2m* خواهد بود. در این حالت m* جرم موثر الکترون است. کاربرد عملی جرم الکترون موثر در توسعه و مطالعه مواد نیمه هادی جدید مورد استفاده در الکترونیک و میکروتکنولوژی بسیار مهم است.

جرم یک الکترون، مانند هر شبه ذره دیگر، نمی تواند با ویژگی های استاندارد مناسب در جهان ما مشخص شود. هر مشخصه ای از یک ریزذره می تواند تمام ایده های ما در مورد دنیای اطرافمان را شگفت زده و زیر سوال ببرد.

این اصطلاح معانی دیگری دارد، به الکترون (معانی) مراجعه کنید. "الکترون 2" "الکترون" مجموعه ای از چهار ماهواره زمین مصنوعی شوروی است که در سال 1964 پرتاب شد. هدف ... ویکی پدیا

الکترون- (نووسیبیرسک، روسیه) طبقه بندی هتل: هتل 3 ستاره آدرس: 2nd Krasnodonsky Lane ... کاتالوگ هتل ها

ELECTRON- (نماد e، e)، عنصر اول. h tsa کشف شده در فیزیک؛ مهم است. حامل کوچکترین جرم و کمترین توان الکتریکی. شارژ در طبیعت E. جزء اتم ها. تعداد آنها بر حسب نوتر اتم برابر است در عدد، یعنی تعداد پروتون های هسته. بار (ه) و جرم... ... دایره المعارف فیزیکی

الکترون- (مسکو، روسیه) دسته بندی هتل: هتل 2 ستاره آدرس: خیابان آندروپوف 38 ساختمان 2 ... کاتالوگ هتل

الکترون- (e, e) (از واژه یونانی elektron amber؛ ماده ای که به راحتی توسط اصطکاک برق می گیرد)، یک ذره بنیادی پایدار با بار الکتریکی منفی e=1.6´10 19 C و جرم 9´10 28 g. متعلق است. به کلاس لپتون ها کشف شده توسط یک فیزیکدان انگلیسی... ... فرهنگ لغت دایره المعارف مصور

ELECTRON- (e e)، ذره بنیادی با بار منفی پایدار با اسپین 1/2، جرم تقریبا. 9.10 28 گرم و گشتاور مغناطیسی برابر با مگنتون بور. متعلق به لپتون ها است و در برهمکنش های الکترومغناطیسی، ضعیف و گرانشی شرکت می کند.

ELECTRON- (نام e)، یک ذره بنیادی پایدار با بار منفی و جرم سکون 9.1310 31 کیلوگرم (که 1/1836 جرم یک پروتون است). الکترون ها در سال 1879 توسط فیزیکدان انگلیسی جوزف تامسون کشف شد. آنها در اطراف هسته حرکت می کنند،... ... فرهنگ دانشنامه علمی و فنی

الکترون- اسم، تعداد مترادف ها: 12 الکترون دلتا (1) لپتون (7) کانی (5627) ... فرهنگ لغت مترادف

ELECTRON- یک ماهواره مصنوعی زمین که در اتحاد جماهیر شوروی برای مطالعه کمربندهای تابشی و میدان مغناطیسی زمین ایجاد شد. آنها به صورت جفت پرتاب شدند، یکی در امتداد مسیری که در زیر و دیگری بالای کمربندهای تشعشعی قرار داشت. در سال 1964، 2 جفت الکترون راه اندازی شد... فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ

ELECTRON- ELECTRON، ELECTRON، شوهر. (یونانی elektron amber). 1. ذره ای با کوچکترین بار الکتریکی منفی که در ترکیب با پروتون یک اتم را تشکیل می دهد (فیزیکی). حرکت الکترون ها جریان الکتریکی ایجاد می کند. 2. فقط واحد. آلیاژ منیزیم سبک ... ... فرهنگ توضیحی اوشاکوف

ELECTRON- ELECTRON، a، m (خاص). ذره ای بنیادی با کمترین بار الکتریکی منفی. فرهنگ لغت توضیحی اوژگوف. S.I. اوژگوف، ن.یو. شودووا. 1949 1992 … فرهنگ توضیحی اوژگوف

کتاب ها

• الکترون. انرژی فضا، لاندو لو داوودوویچ، کیتایگورودسکی الکساندر ایزاکوویچ. کتاب‌های لو لاندو و الکساندر کیتایگورودسکی، برنده جایزه نوبل، متن‌هایی هستند که تصور رایج از جهان اطراف ما را زیر و رو می‌کنند. اکثر ما دائما با ... خرید به قیمت 491 RUR
• Electron Space Energy, Landau L., Kitaigorodsky A.. کتاب‌های برنده جایزه نوبل Lev Landau و Alexander Kitaigorodsky متن‌هایی هستند که ایده‌های ناپسند جهان پیرامون ما را زیر و رو می‌کنند. اکثر ما دائماً با ...

بار ویژه یک الکترون (یعنی نسبت) اولین بار توسط تامسون در سال 1897 با استفاده از لوله تخلیه نشان داده شده در شکل 1 اندازه گیری شد. 74.1. پرتو الکترونی که از سوراخ در آند A خارج می شود (پرتوهای کاتدی؛ به بند 85 مراجعه کنید) از بین صفحات یک خازن مسطح عبور کرده و به صفحه فلورسنت برخورد کرده و نقطه ای درخشان روی آن ایجاد می کند.

با اعمال ولتاژ به صفحات خازن، می توان با یک میدان الکتریکی تقریباً یکنواخت بر پرتو تأثیر گذاشت. لوله بین قطب های یک آهنربای الکترونی قرار داده شد که با کمک آن می توان یک میدان مغناطیسی یکنواخت عمود بر میدان الکتریکی در همان بخش از مسیر الکترونی ایجاد کرد (محدوده این میدان در شکل دایره شده است. 74.1 با دایره نقطه چین). هنگامی که زمین ها خاموش شدند، پرتو در نقطه O به صفحه برخورد کرد. هر یک از زمینه ها به طور جداگانه باعث می شد پرتو در جهت عمودی جابجا شود. مقادیر جابجایی با فرمول های (73.3) و (73.4) به دست آمده در پاراگراف قبل تعیین می شود.

با روشن کردن میدان مغناطیسی و اندازه گیری جابجایی رد پرتو ناشی از آن

تامسون میدان الکتریکی را نیز روشن کرد و مقدار آن را طوری انتخاب کرد که پرتو دوباره به نقطه O برخورد کرد. در این حالت، میدان های الکتریکی و مغناطیسی به طور همزمان با نیروهای مساوی اما خلاف جهت بر روی الکترون های پرتو عمل می کنند. در این صورت شرط محقق شد

حل معادلات (74.1) و (74.2) با هم، تامسون محاسبه کرد.

بوش از روش فوکوس مغناطیسی برای تعیین بار ویژه الکترون ها استفاده کرد. ماهیت این روش به شرح زیر است. فرض کنید در یک میدان مغناطیسی یکنواخت، پرتوی کمی واگرا از الکترون ها، متقارن نسبت به جهت میدان، با سرعت یکسان v، از یک نقطه خاص به بیرون پرواز می کند. جهاتی که در آن الکترون ها گسیل می شوند زوایای کوچک a را با جهت B تشکیل می دهند. در § 72 مشخص شد که الکترون ها در این مورد در امتداد مسیرهای مارپیچی حرکت می کنند و در همان زمان تکمیل می شوند.

چرخش کامل و جابجایی در جهت میدان در فاصله ای برابر با

با توجه به کوچک بودن زاویه a، فواصل (74.3) برای الکترون های مختلف عملاً یکسان و برابر می شود (برای زوایای کوچک). در نتیجه، یک پرتو کمی واگرا در نقطه ای که در فاصله ای از نقطه انتشار الکترون قرار دارد متمرکز می شود.

در آزمایش بوش، الکترون‌های گسیل شده از کاتد داغ K (شکل 74.2) از طریق اختلاف پتانسیل U اعمال شده بین کاتد K و آند A شتاب می‌گیرند. در نتیجه، سرعت u را به دست می‌آورند که مقدار آن را می‌توان از ارتباط

پس از خروج از سوراخ در آند، الکترون ها یک پرتو باریک را تشکیل می دهند که در امتداد محور لوله تخلیه شده در داخل شیر برقی قرار گرفته است. یک خازن در ورودی شیر برقی قرار می گیرد که یک ولتاژ متناوب به آن اعمال می شود. میدان ایجاد شده توسط خازن، الکترون های پرتو را از محور دستگاه در زوایای کوچکی که با زمان تغییر می کند منحرف می کند. این منجر به "چرخش" پرتو می شود - الکترون ها شروع به حرکت در مسیرهای مارپیچی مختلف می کنند. یک صفحه فلورسنت در خروجی شیر برقی قرار داده شده است. اگر القای مغناطیسی B را طوری انتخاب کنید که فاصله Г از خازن تا صفحه، شرایط را برآورده کند.

(l گام مارپیچ است، یک عدد صحیح است)، سپس نقطه تقاطع مسیرهای الکترون به صفحه برخورد می کند - پرتو الکترونی در این نقطه متمرکز می شود و یک نقطه درخشان تیز روی صفحه را تحریک می کند. اگر شرط (74.6) رعایت نشود، نقطه نورانی روی صفحه تار خواهد بود. با حل معادلات (74.4)، (74.5) و (74.6) با هم، می توانیم

دقیق ترین مقدار بار الکترون خاص که با در نظر گرفتن نتایج به دست آمده با روش های مختلف ایجاد می شود، برابر است با

مقدار (74.7) نسبت بار الکترون به جرم سکون آن را نشان می دهد. در آزمایش‌های تامسون، بوش و سایر آزمایش‌های مشابه، نسبت بار به جرم نسبیتی برابر با

در آزمایشات تامسون، سرعت الکترون تقریباً 0.1 ثانیه بود. در این سرعت، جرم نسبیتی 0.5 درصد از جرم سکون فراتر می رود. در آزمایشات بعدی، سرعت الکترون به مقادیر بسیار بالایی رسید. در تمام موارد، کاهش مقادیر اندازه گیری شده با افزایش v مشاهده شد که دقیقا مطابق با فرمول (74.8) اتفاق افتاد.

بار یک الکترون با دقت زیادی توسط Millikan در سال 1909 تعیین شد. Millikan قطرات ریز روغن را به فضای بسته بین صفحات خازن که به صورت افقی قرار دارند وارد کرد (شکل 74.3). هنگامی که قطرات پاشیده می شوند، قطرات برق می گیرند و با انتخاب مقدار و علامت ولتاژ روی خازن می توان آنها را بدون حرکت قرار داد.

تعادل تحت شرایط رخ داد

در اینجا بار قطره است، P حاصل گرانش و نیروی ارشمیدسی است، برابر با

(74.10)

( - چگالی قطرات، - شعاع آن، - چگالی هوا).

از فرمول های (74.9) و (74.10)، با دانستن، امکان یافتن . برای تعیین شعاع، سرعت سقوط یکنواخت قطرات در غیاب میدان اندازه‌گیری شد. حرکت یکنواخت قطره ایجاد می شود به شرطی که نیروی P توسط نیروی مقاومت متعادل شود (به فرمول (78.1) جلد 1 مراجعه کنید؛ - ویسکوزیته هوا):

(74.11)

حرکت قطره با استفاده از میکروسکوپ مشاهده شد. برای اندازه گیری، مدت زمانی که طول کشید تا یک قطره فاصله بین دو رشته قابل مشاهده در میدان دید میکروسکوپ را طی کند، تعیین شد.

تنظیم دقیق تعادل یک قطره بسیار دشوار است. بنابراین، به جای میدانی که شرط (74.9) را داشته باشد، میدانی روشن شد که تحت تأثیر آن، قطره با سرعت کم شروع به حرکت به سمت بالا کرد. نرخ ثابت صعود از شرایطی تعیین می شود که نیروی P و نیرو در کل نیرو را متعادل کنند

با حذف P و از معادله (74.10)، (74.11) و (74.12)، عبارتی برای

(Milliken اصلاحی در این فرمول ایجاد کرد، با توجه به اینکه اندازه قطرات با مسیر آزاد مولکول های هوا قابل مقایسه است).

بنابراین، با اندازه گیری سرعت سقوط آزاد یک قطره و سرعت خیزش آن در یک میدان الکتریکی شناخته شده، می توان بار قطره e را پیدا کرد. میلیکان با اندازه گیری سرعت در یک مقدار بار مشخص، باعث یونیزاسیون شد. از هوا با تابش اشعه ایکس به فضای بین صفحات. یون های منفرد که به قطره چسبیده بودند، بار آن را تغییر دادند که در نتیجه سرعت نیز تغییر کرد. پس از اندازه گیری مقدار سرعت جدید، فضای بین صفحات دوباره تحت تابش قرار گرفت و غیره.

تغییرات بار قطره و خود باری که هر بار توسط میلیکان اندازه‌گیری می‌شد، مضربی صحیح از یک مقدار بود. بنابراین، گسستگی بار الکتریکی به طور تجربی ثابت شد، یعنی این واقعیت که هر بار از بارهای اولیه با همان اندازه تشکیل شده است.

مقدار شارژ اولیه که با در نظر گرفتن اندازه‌گیری‌های Millikan و داده‌های به‌دست‌آمده با روش‌های دیگر ایجاد می‌شود، برابر است با

قبلاً به ذرات اتمی که از طریق سیم‌ها، داخل لوله‌های رادیویی، لوله‌های اشعه ایکس و بسیاری وسایل دیگر حرکت می‌کنند، اشاره کرده‌ایم. این ذرات که الکترون نامیده می شوند، تکه های کوچکی از الکتریسیته منفی هستند.

برخلاف اتم های عناصر شیمیایی، الکترون یک ذره بنیادی است. ما هرگز نمی بینیم

قطعات او را دادند. با قابلیت های مدرن، نمی توانیم آن را به قطعات تقسیم کنیم. الکترون کوچکترین بار الکتریکی منفی است.

همه الکترون ها بدون توجه به اینکه به کدام اتم تعلق دارند یا به کدام اتم تعلق دارند دقیقا یکسان هستند.

جرم یک الکترون 1838 برابر کمتر از جرم سبک ترین اتم (هیدروژن) است و برابر است با

Oh, OOO OOO OOO OOO OOO OOO OOO OOO OOO OOO 910,660 گرم.

بار الکتریکی یک الکترون نیز بسیار کم است. یک میلیارد میلیارد الکترون در هر ثانیه از رشته یک لامپ بیست واتی در حال سوختن (با ولتاژ شبکه) عبور می کند. همه آنها کمتر از یک میلیاردم گرم وزن دارند!

به ناچار این سوال مطرح می شود: بار و جرم الکترون چگونه با این دقت تعیین شد؟

برای اندازه گیری بار و جرم یک الکترون، ابتدا باید الکترون های آزاد را بدست آورید که به ماده متصل نیستند. خیلی راه ها برای انجام دادن این وجود دارد. هنگامی که در معرض گرمای شدید قرار می گیرند، الکترون ها از هر دو ماده جامد و مولکول های گاز و اتم ها خارج می شوند، در برخی موارد توسط نور، به ویژه پرتوهای فرابنفش نامرئی و بهتر از آن، اشعه ایکس روشن می شوند. جدا کردن الکترون ها از فلزات که در آن بسیار آزادانه حرکت می کنند بسیار آسان است (این تفاوت بین فلزات و عایق های نارسانا است که در آن الکترون ها "محکم" هستند).

بنابراین ما الکترون های آزاد داریم. آیا می توان مستقیماً یک الکترون را روی ترازو وزن کرد؟ بدیهی است که این غیر ممکن است، بسیار کوچک است. اما معلوم شد که می توان بار یک الکترون را تعیین کرد و سپس به طور غیرمستقیم جرم آن را یافت.

تصور کنید یک قطره کوچک از روغن به آرامی بین دو صفحه فلزی تحت تأثیر گرانش سقوط می کند (شکل 8). بیایید یک بار الکتریکی روی قطره ایجاد کنیم. سپس ریزش قطره را می توان با شارژ صفحاتی که قطره بین آنها حرکت می کند متوقف کرد، به طوری که صفحه بالایی بار قطره را جذب می کند و پایینی آن را دفع می کند. اگر نیروی الکتریکی که بار قطره را به سمت بالا می کشد دقیقاً برابر با نیروی گرانش باشد که قطره را به سمت پایین می کشد، قطره متوقف می شود.

بنابراین، ما قادر خواهیم بود نیروی الکتریکی وارد بر قطره و در نتیجه بار آن را تعیین کنیم. فقط باید دقیقاً نیروی گرانش وارد بر قطره را بدانید و برای این کار باید جرم آن را بدانید. جرم قطره با تعیین سرعت سقوط آزاد آن (بدون اثر نیروهای الکتریکی) تعیین شد - هر چه قطره سنگین تر باشد، سریعتر سقوط می کند و بر مقاومت هوا غلبه می کند.

از این روش برای تعیین بار یک الکترون استفاده شد.

آزمایش به این صورت انجام شد. یک بطری اسپری که در بالای صفحات قرار داشت کمی روغن پاشید. داشته است

صبر کنید تا هر یک از قطرات روغن بین صفحات بیفتد و از طریق سوراخ کوچکی که مخصوص این کار در صفحه بالایی ایجاد شده است به آنجا نفوذ کند. با استفاده از یک میکروسکوپ مخصوص، سرعت سقوط این قطره به دقت تعیین شد. پس از این، لامپ اشعه ایکس برای مدت کوتاهی روشن شد. اشعه ایکس که از بین صفحات عبور می کند، بسیاری از الکترون ها را از مولکول های هوا جدا می کند. خیلی زود یک یا چند الکترون یا مولکول با بار مثبت روی قطره می‌نشینند. قطره بار لازم را به دست آورد. سپس به صفحات آنقدر بار داده شد که قطره بدون حرکت آویزان شد.

با تعیین کوچکترین باری که یک قطره می تواند حمل کند، بار یک الکترون را پیدا کردیم. سایر اتهامات حاصله بیشتر از اتهامات موجود بود.
کوچکترین تعداد دفعات دو، سه، چهار یا بیشتر، که مربوط به دو، سه، چهار یا بیشتر الکترون های رسوب شده روی قطره است.

اکنون باید جرم آن را بدون وزن کردن تعیین کنید. چگونه انجامش بدهیم؟

جریانی از ذرات باردار نامرئی را تصور کنید که بین صفحات باردار (یا قطب های آهنربا) هجوم می آورند. تحت تأثیر نیروهای الکتریکی (یا مغناطیسی)، آنها به سمت پایین منحرف می شوند (شکل 9). هدفی را می بینیم که ذرات به لطف صفحه ای پوشیده شده با سولفید روی یا یک صفحه عکاسی معمولی به آن برخورد می کنند. سولفید روی از برخورد ذرات باردار می درخشد و این ذرات باردار بر روی صفحه عکاسی منعکس می شوند.

ذرات مانند پرتوهای نور عمل می کنند. ما از یک نقطه درخشان کوچک روی صفحه (یا یک نقطه سیاه روی صفحه عکاسی) می بینیم که چگونه ذرات منحرف شده اند. ما می توانیم جرم ذرات را در صورتی قضاوت کنیم که سرعت آنها و نیرویی که باعث انحراف شده است را بدانیم. و ما این نیرو را با دانستن بار ذرات می شناسیم.

در واقعیت، این دستگاه، البته، بسیار پیچیده تر از آنچه در شکل نشان داده شده است، ظاهر می شود، زیرا هنوز هم لازم است ذرات را با همان سرعت بدست آوریم.

با تعیین جرم الکترون، ما متقاعد شدیم که این ذرات ریز با بار منفی، جرمی چند برابر کمتر از جرم هر اتمی دارند.