Dlhšie som nič nenapísal, teraz nechcem písať niečo z ťažkej matematiky ale niečo z histórie fyziky. Veľmi zaujímavé sú objavy jednotlivých častíc, prvý bol elektrón, ako to začalo.
V druhej polovici 19. storočia robili fyzici pokusy so zriedeným vzduchom v trubiciach pod stálym vysokým napätím. Trubice viedli malý prúd ale začali žiariť pri rôznom tlaku inak. Pri tlaku 2,5 Pa svietili zelene obrázok dole
Trubica s tlakom okolo 2,5 Pa má iba málo atómov. Elektrické pole odtrhne elektróny, Pretože ostane málo iónov, že katóda stihá dodávať kladným iónom záporné elektróny. Záporná katóda dodá iónom elektróny, ktoré znovu odtrhne elektrické pole, tak to ide dokola. Zelené svetlo je preto, lebo odpovedá energii na odtrhnutie elektrónu E=mc2=hf. Energia sa premení na žiarenie z frekvenciou f. Konštanta h je planckova konštanta, písal som o nej niekoľko blogov. Túto trubicu pomenovali katódová trubica preto, lebo pri trubiciach z vyšším tlakom bolo aj žiarenie, ktoré ako keby vychádzalo z anódy.
Pri tejto trubici keď sa pohybovalo magnetom okolo tak tá tmavší pruh v strede sa začal vychyľovať. Americký fyzik Thomson sa začal zaujímať o tento jav. Predpokladal, že môžu to byť aj hmotné častice, ktoré by mali taký istý elektrický elementárny náboj e ako vodíkové ióny, len opačnej polarity. Hodnota e je približne 1,602×10-19 C. Vložil do trubice vrtuľku z veľmi tenkej a ľahkej fólie. Pri zapnutí sa vrtuľka pohla, tým potvrdil, že majú častice hybnosť. Hmotná častica má pri pohybe kinetickú energiu Ek =1/2mv2. Vychádzal z definície voltu. Volt je definovaný ako práca, ktorú musí vykonať elektrický náboj pri prenesení. Z toho vychádza vzorec pre prácu A=UQ. Thomson použil jednotku energie eV elekronvolt, čo je páca ktorú vykoná elementárny náboj pri prenesení o 1cm. Z toho si môžeme odvodiť rovnicu pre kinetickú energiu elektrónu, ktorý má hmotnosť me
Na to si zostrojil trubicu kde mohol merať zahnutie časticového lúča. Dole je obrázok
Medzi katódou a anódou nastalo katódové žiarenie. Na anóde bol výrez a bola dvojitá aby lepšie urýchlila častice. Elektródy vytvoria kolmé elektrické pole, kde sa letiaci lúč ohne v smere siločiar, v závislosti na polarite náboja. Elektromagnety vychyľujú častice v takej istej rovine pretože magnetické siločiary letiaceho náboja sú kolmé nasilociary magnetického poľa, ale pretože sa náboj pohybuje bude vytvárať šroubovicu. elektródy, pretože magnetické a elektrické polia sú na seba kolmé. Keď na jednu platňu pripojil kladný pól batérie tak na detektore zbadal, že lúč sa pohol Môžeme priamo zmerať iba uhol zakrivenia lúča
Najprv zapol napätie, odmeral výchyľku na detektore. Potom vypol napätie a zapol magnety, nastavoval prúd na magnetoch tak aby sa častice ohli do toho istého bodu na detektore. Poznal napätie a prúd pri rovnakom vychýlení lúča. Keď sa lúč vychyľuje tak sa ohýba nie kolmo ale z nejakým najmenším polomerom vychýlenia r. Tento polomer musí byť najmenší pretože tam je najväčšie zrýchlenie. Vieme si podľa prepočtu odvodiť rýchlosť pretože poznáme B a e ale polomer r musíme zmerať. Odvodíme zo vzorca
Odtiaľ dostaneme odvodený vzorec pre v2
Vložením do prvého vzorca môžeme upraviť rovnicu na tvar
Z tejto rovnice dostaneme pomer e/me.
Aby bol pomer zachovaný pri zmene napätia kde podľa toho sa nastaví prúd v cievkach, preto detektor musí byť presne ociachovaný. To bol najväčší problém pri nastavení merania na tejto trubici, pretože lúč elektrónov nie je vidieť. Musela sa prepočítavať pravdepodobná trajektória lúča. Videl som na internete výpočet polomeru zakrivenia, je to veľmi zložitý výpočet
Pre vytvorenie magnetického poľa použil Thomson vo svojej trubici tzv. Helmholtzovú cievku, pretože konštrukcia tejto cievky zabezpečuje rovnomerné magnetické pole medzi oboma polovicami cievky. Dole je nákres Helmholtzovej cievky, R je polomer cievky. Takto rozložené vinutie zabezpečuje rovnomerné magnetické pole vo vákuu.
Indukcia Helmholtzovej cievky má vzorec
µ0 je permeabilita vákua N počet závitov v cievke I prúd cievky a R je polomer cievky. Potom prepočet ktorý používal Thomson mal vzorec
U je napätie na elektródach I je nastavený prúd a r je odčítaný polomer zakrivenia na detektore
Pretože lúč nie je vidieť a nie je rovnako ohnutý je veľmi ťažko z neho určiť najmenší polomer zakrivenia r. Zo stopy na detektore a rozmerov trubice a rozmerov magnetického poľa, musel prepočítavať predpokladaný ohyb lúča a z neho výpočtom určiť najmenší polomer zakrivenia r. Na to aby dosiahol čo najpresnejší výsledok musel urobiť spustu meraní. Merací prístroj bol síce nepresný, ale aj tak potvrdil približnú hmotnosť častice. Dôležitý bol navrhnutý systém merania, resp. rovnica podľa ktorej sú navrhnuté aj novšie meracie prístroje na ktorých môžeme zmerať pomer e/me. Častice pomenoval korpuskuly až neskôr boli pomenované ako elektróny. Tým vlastne vyvrátil, že prúd sa šíri vo vodičoch nejakým fluidom. Podľa toho navrhol aj stavbu atómu. Predstavoval si atóm ako akýsi puding s kladným nábojom v ktorom sú uväznené korpuskulárne častice tzv. Pudingový Thomsonov model atómu.
Celá debata | RSS tejto debaty