На самом же деле катодные лучи не были разновидностью света. В своей работе на соискание докторской степени французский физик Жан Батист Перрен (1870—1942) показал в 1895 г., что под действием лучей на коллекторе, установленном внутри катодно-лучевой трубки, накапливается отрицательный электрический заряд. Теперь мы знаем, почему Герц не мог наблюдать притяжение или отталкивание лучей от электрически заряженных пластин: частицы, составляющие эти лучи, движутся очень быстро, а электрические силы (в опыте Герца) были слишком слабы, чтобы вызвать сколько-нибудь заметное их отклонение. (По мнению Герца, электрический заряд на пластинах в его опытах частично компенсировался молекулами остаточного газа в трубке. Эти молекулы расщеплялись катодными лучами на заряженные частицы, которые затем притягивались к пластине, имеющей электрический заряд противоположного знака.) Но Гольдштейн показал, что если лучи и состояли из заряженных частиц, то эти частицы никак не могли быть обычными молекулами. Так что же они собой представляли?
На этом этапе в исследования и включился Дж. Дж. Томсон. Он первым попытался измерить скорость лучей. В 1894 г. Томсон установил, что она равна 200 км/с (т. е. составляет 1/1500 скорости света). Однако его метод измерения был неправильным, и позднее сам ученый отказался от этого результата. Затем, в 1897 г., Томсон добился успеха там, где Герц потерпел неудачу: он зарегистрировал отклонение катодных лучей под влиянием электрических сил, действующих между лучами и электрически заряженными металлическими пластинами. Успех Томсона объяснялся главным образом тем, что он работал с более совершенными вакуумными насосами, позволявшими снизить давление внутри трубки до уровня, когда влиянием остаточного газа внутри трубки можно пренебречь. (Доказательства отклонения катодных лучей под действием электрических сил примерно в то же время получил и Гольдштейн.) Как было замечено, лучи отклонялись в сторону положительно заряженной пластины от отрицательно заряженной пластины; это подтверждало заключение Перрена о том, что лучи переносят отрицательный электрический заряд.
Теперь задача заключалась в том, чтобы хоть как-то количественно исследовать природу таинственных отрицательно заряженных частиц, составляющих катодные лучи. Томсон избрал самый прямой метод: он измерил величину отклонения лучей под действием электрических и магнитных сил.
Используя второй закон Ньютона, Томсон получил общую формулу, которая позволила ему выразить измеренные отклонения катодного луча под действием различных электрических и магнитных сил через свойства частиц, составляющих катодный луч. В катодно-лучевой трубке, с которой работал Томсон, эти частицы проходили область (назовем ее областью отклонения), где на них действовали электрические или магнитные силы, направленные почти под прямым углом к первоначальному направлению движения частиц; затем частицы попадали в значительно более длинную область (область дрейфа), где на них не действовали никакие силы и поэтому они двигались свободно, пока не ударялись в торец трубки. Там, где частицы ударялись о стеклянную стенку трубки, появлялось светящееся пятно, так что Томсон мог без труда определить смещение луча, вызванное действующими на него силами: достаточно было измерить расстояние между положениями пятна в случае действия сил и при их отсутствии (см. схему опыта Томсона). Формула, полученная Томсоном, устанавливает, что
Сила, действующая Длина области Длина области
Смещение луча на частицы ´ отклонения ´ дрейфа
= ———————————————————————————
на конце трубки Масса частиц ´ (Скорость частиц)2
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.