ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΤΟΥ ΤHOMSON (ΤΟΜΣΟΝ) ΚΑΙ Η ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΟΥ e/m

Σχ. 4.21

Αν και από την εποχή του Faraday υπέθεταν την ύπαρξη ηλεκτρικά φορτισμένων σωματιδίων μέσα στα άτομα, μόλις στο τέλος του προηγούμενου αιώνα (1897), ο J. J. Thomson απόδειξε πειραματικά την ύπαρξη ενός τέτοιου σωματιδίου, του ηλεκτρονίου. Το πείραμα του Thomson έγινε στο εργαστήριο του Cavendish του πανεπιστημίου του Cambridge, με μια συσκευή σαν αυτή που φαίνεται στο σχήμα 4.21.

Εικ. 4.10 J.J.Thomson (1856-1940). Αγγλία. Από τους σημαντικότερους φυσικούς της τελευταίας εκατονταετίας. Οι εργασίες του συνέβαλαν ουσιαστικά στην ανάπτυξη της σύγχρονης ατομικής φυσικής. Τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ (1906).

Μέσα σε ένα καθοδικό σωλήνα, στον οποίο επικρατεί υψηλό κενό, ηλεκτρόνια που προέρχονται από μια πυρακτωμένη κάθοδο, επιταχύνονται από τη διαφορά δυναμικού V ανάμεσα στην κάθοδο και τις ανόδους Α και Α΄ και σχηματίζουν μια δέσμη. Σύμφωνα με το θεώρημα έργου-ενέργειας η κινητική ενέργεια που θα αποκτήσουν τα ηλεκτρόνια είναι ίση με το έργο της δύναμης του ηλεκτρικού πεδίου [pic] ή [pic] (4.14) όπου e το φορτίο του ηλεκτρονίου κατ’ απόλυτη τιμή.

Η δέσμη των ηλεκτρονίων εισέρχεται σε ένα φίλτρο ταχυτήτων, σαν αυτό που περιγράψαμε προηγουμένως, και στη συνέχεια πέφτει σε μια οθόνη, στο άκρο του σωλήνα, η οποία είναι καλυμμένη με υλικό που φθορίζει. Στο σημείο που τα ηλεκτρόνια πέφτουν πάνω στην οθόνη το φθορίζον υλικό φωτοβολεί. Τα ηλεκτρόνια διέρχονται χωρίς απόκλιση από το φίλτρο ταχυτήτων μόνο όταν η ταχύτητά τους είναι [pic] ή σύμφωνα με την (4.14) όταν [pic] από όπου βρίσκουμε ότι [pic]. Οι ποσότητες [pic], [pic] και [pic] μπορούν να μετρηθούν και έτσι να προσδιοριστεί το πηλίκο [pic].

Ο Thomson βρήκε ότι το πηλίκο αυτό έχει πάντοτε την ίδια τιμή, ανεξάρτητα από το υλικό της καθόδου ή οποιαδήποτε άλλη συνθήκη του πειράματος. Το γεγονός αυτό έδειξε ότι τα σωματίδια της δέσμης, τα οποία τώρα πια ονομάζονται ηλεκτρόνια, είναι κοινό συστατικό όλης της ύλης. Έτσι, στον Thomson αποδίδεται η ανακάλυψη του ηλεκτρονίου. Μια αποδεκτή σήμερα τιμή του πηλίκου αυτού είναι [pic] Ο Thomson απέδωσε τη μεγάλη τιμή του πηλίκου στη ΄΄μικρότητα της μάζας m ή στο μεγάλο φορτίο e, ή σε ένα συνδυασμό και των δύο΄΄. Δεκαπέντε χρόνια αργότερα ο Millikan υπολόγισε το στοιχειώδες ηλεκτρικό φορτίο. Η τιμή του e και η τιμή του πηλίκου που υπολόγισε ο Thomson έκαναν δυνατό τον προσδιορισμό της μάζας του ηλεκτρονίου. Μια αποδεκτή σήμερα τιμή της μάζας του ηλεκτρονίου είναι [pic]. Για την εργασία του ο Thomson τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ.