Томсон сумел обойти эту трудность, измерив также отклонение луча под действием магнитной силы. Смещение луча под действием магнитных сил зависит от иной комбинации параметров частицы, нежели его смещение под действием электрических сил. Измеряя отклонение катодного луча под действием обеих сил, Томсон получил возможность измерить значения двух различных комбинаций параметров частиц, и это позволило ему определить скорости частиц и отношение их заряда к массе.
Теперь попытаемся, используя изложенную в предыдущих разделах теорию совместно с результатами Томсона, выяснить что-нибудь относительно свойств частиц катодных лучей. Прежде всего напомним основные положения, о которых говорилось выше. Электрическое или магнитное поле, направленное в области отклонения перпендикулярно катодному лучу, вызывает его смещение, которое мы наблюдаем при соударении луча со стенкой стеклянной трубки в конце области дрейфа. Это смещение определяется следующими формулами:
заряд Величина Длина области Длина области
Смещение луча частицы ´ эл. поля´ отклонения ´ дрейфа
= ———————————————————————————
в электрическом поле Масса частицы ´ (Скорость частицы)2
заряд Величина Длина области Длина области
Смещение луча частицы ´ маг. поля´ отклонения ´ дрейфа
= ———————————————————————————
в магнитном поле Масса частицы ´ (Скорость частицы)
Величины электрического и магнитного полей в трубке, а также протяженность областей отклонения и дрейфа Томсону были известны, а измерял он смещение катодного луча, вызываемое электрической и магнитной силами. Что же на основании этого можно было выяснить о свойствах частиц катодного луча? Совершенно ясно, что приведенные формулы не позволяют получить по отдельности данные о заряде или массе частиц, поскольку в обеих формулах содержится только отношение этих величин. Но это не беда, ибо данное отношение само по себе представляет интерес! Другая проблема заключается в том, что ни одну из этих формул нельзя использовать для определения даже отношения заряда частиц катодных лучей к их массе, ибо скорость частиц Томсону была неизвестна. Однако, как уже отмечалось, эту трудность можно было преодолеть, измерив смещение луча под действием как электрического, так и магнитного поля. Возьмем, к примеру, отношение приведенных выше уравнений. Тогда масса и заряд частицы, а также обе длины, стоящие в правой части обоих уравнений, взаимно сокращаются, однако со скоростью этого не происходит, поскольку в одной формуле скорость стоит в квадрате, а в другой в первой степени. Деление уравнений приводит нас к такому простому результату:
Смещение в магнитном поле Величина магнитного поля
—————————————— = ———————————————— ´ Скорость
Смещение в электрическом поле Величина электрического поля
Поскольку величины обоих полей были известны, а соответствующие смещения луча измерены, это позволило Томсону определить скорость. Считая скорость известной, он мог найти отношение заряда к массе (или массы к заряду) частиц катодных лучей по любой из формул для смещения луча под действием либо электрического, либо магнитного поля.
Теперь обратимся к конкретным результатам. Томсон измерял смещение катодных лучей под действием электрического и магнитного полей в различных условиях: при разных величинах электрических и магнитных полей, для различных разреженных газов в трубке, разных материалов катода и при разных скоростях частиц катодных лучей. Во всех экспериментах Томсон использовал катодно-лучевую трубку, в которой расстояние, проходимое лучом под воздействием электрических и магнитных сил (длина области отклонения), составляло 0,05 м, а расстояние, которое луч проходил без воздействия сил (длина области дрейфа), вплоть до соударения со стенкой трубки, 1,1м.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.