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探析電子發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)史

發(fā)布時(shí)間：2022-08-26 08:44:49

X射線的發(fā)現(xiàn)促進(jìn)了電子的發(fā)現(xiàn)。電子的發(fā)現(xiàn)可以說是40年陰極射線研究的直接結(jié)果，也最終讓我們發(fā)現(xiàn)了陰極射線的本質(zhì)。

什么是陰極射線？德國(guó)和英國(guó)物理學(xué)家就這個(gè)問題發(fā)生了激烈的爭(zhēng)論。赫茲在1892年聲稱，陰極射線不能是粒子，而只能是以太波。所有德國(guó)物理學(xué)家都同意這一觀點(diǎn)。但以克魯克斯為代表的英國(guó)物理學(xué)家堅(jiān)持認(rèn)為陰極射線是一種帶電粒子流。1895年，法國(guó)物理學(xué)家佩蘭通過將陰極射線進(jìn)入法拉第籠（屏幕）的實(shí)驗(yàn)，支持了陰極射線是帶負(fù)電粒子流的觀點(diǎn)，但他認(rèn)為這種粒子是氣體離子。

1897年，英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜在佩蘭工作的基礎(chǔ)上，吸取射線研究成果，對(duì)陰極射線進(jìn)行了定性和定量的研究。當(dāng)時(shí)，有人反駁佩蘭的實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為他沒有提供從陰極發(fā)出的帶負(fù)電的微粒同陰極射線路徑相同的證據(jù)，湯姆遜也認(rèn)為佩蘭的實(shí)驗(yàn)給以太說留下了漏洞。于是設(shè)計(jì)了一個(gè)巧妙的實(shí)驗(yàn)裝置，證明陰極射線在電場(chǎng)和磁場(chǎng)作用下同帶負(fù)電的粒子路徑相同，這無可辯駁地證明了陰極射線是負(fù)電荷粒子組成的。

X射線檢測(cè)設(shè)備

湯姆遜通過陰極射線在磁場(chǎng)和電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)，從而得出陰極射線粒子的質(zhì)量與電荷的比值（m/e，即荷質(zhì)比的倒數(shù)），其數(shù)值大約是氫離子的千分之一。同時(shí)，他還觀察到，陰極射線粒子的荷質(zhì)比是不變的，無論是改變放電管中氣體的成分還是改變陰極材料。這表明來自不同物質(zhì)的陰極射線粒子是相同的。根據(jù)這些事實(shí)，結(jié)合勒納德的實(shí)驗(yàn)，湯姆遜得出結(jié)論，陰極射線粒子比原子小，認(rèn)為這些粒子必然是建造所有化學(xué)元素的物質(zhì)，即所有化學(xué)原子的共同組成部分。

X射線檢測(cè)設(shè)備

雖然湯姆遜得出的結(jié)論有充分的基礎(chǔ)，但這畢竟是一個(gè)推論，因?yàn)殛帢O射線粒子的質(zhì)荷比是氫離子的千分之一還有兩種可能，可能電荷（e）很大，也可能質(zhì)量（m）很小。為了獲得更直接的證據(jù)，湯姆遜和他的學(xué)生在1898年用云霧法測(cè)量陰極射線粒子的電荷與電解中氫離子帶來的電荷相同，這直接證明了陰極射線粒子的質(zhì)量只有氫離子的千分之一。他把這種構(gòu)成一切原子的粒子叫做微粒，后來改名為電子（這個(gè)名詞是由愛爾蘭物理學(xué)家斯托尼于1891年提出的，當(dāng)時(shí)只用于表示電荷的最小單位基元）。早在1874年，斯托尼就根據(jù)法拉第電解定律提出了基元電荷的概念，并計(jì)算出其值為3×10-11**靜電單元。

湯姆遜的研究成果在1897年4月底的第一次公開報(bào)告中公布，可能由于太新穎，它的重要性并沒有立即被人們所認(rèn)識(shí)。但在很短時(shí)間內(nèi)也引發(fā)了強(qiáng)烈的反響，他領(lǐng)導(dǎo)的卡文迪許實(shí)驗(yàn)室自此成為世界上最引人注目的物理實(shí)驗(yàn)中心。

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