Εξηγήστε την πειραματική βάση για την ανακάλυψη του ηλεκτρονικού και πυρηνικού ατομικού πετρελαίου πειράματος Επεξήγηση φωτοηλεκτρικού effec;
1. Ανακάλυψη του ηλεκτρονίου
* J.J. Το πείραμα Cathod Ray Tube του Thomson (1897):
* Ρύθμιση: Η Thomson χρησιμοποίησε έναν σωλήνα ακτίνων καθόδου, ένα γυάλινο σωλήνα με ηλεκτρόδια σε κάθε άκρο. Εκκενώθηκε το σωλήνα για να δημιουργήσει ένα κενό. Εφαρμόστηκε υψηλή τάση, προκαλώντας μια δέσμη ακτίνων να προέρχονται από την κάθοδο (αρνητικό ηλεκτρόδιο) προς την άνοδο (θετικό ηλεκτρόδιο).
* Παρατηρήσεις:
* Η δέσμη εκτρέπεται σε ένα μαγνητικό πεδίο, υποδεικνύοντας ότι ήταν κατασκευασμένο από φορτισμένα σωματίδια.
* Το πρότυπο εκτροπής εξαρτάται από τη δύναμη και την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου.
* Η δέσμη εκτρέπεται επίσης από ένα ηλεκτρικό πεδίο, αποδεικνύοντας ότι τα σωματίδια ήταν αρνητικά φορτισμένα.
* Συμπεράσματα: Ο Thomson κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι ακτίνες της καθόδου αποτελούνται από μικροσκοπικά, αρνητικά φορτισμένα σωματίδια που ονομάζεται "corpuscles" - αυτό που τώρα γνωρίζουμε ως ηλεκτρόνια. Ήταν σε θέση να υπολογίσει την αναλογία φορτίου προς μάζα (E/M) αυτών των σωματιδίων.
2. Το πείραμα πτώσης πετρελαίου του Millikan (1909):
* Ρύθμιση: Το πείραμα του Millikan στοχεύει στον προσδιορισμό του φορτίου του ηλεκτρονίου. Ψεκάστηκε μικροσκοπικά σταγονίδια πετρελαίου σε ένα θάλαμο με ηλεκτρικό πεδίο. Τα σταγονίδια φωτίζονται από μια πηγή φωτός, επιτρέποντας την παρακολούθηση της κίνησης τους.
* Παρατηρήσεις:
* Ο Millikan παρατήρησε ότι τα σταγονίδια λαδιού έπεσαν σε διαφορετικές ταχύτητες ανάλογα με το ηλεκτρικό πεδίο που εφαρμόζεται.
* Ορισμένα σταγονίδια έπεσαν γρηγορότερα, ενώ άλλα είχαν ανασταλεί στο μέσο του αέρα.
* Διαπίστωσε ότι η φόρτιση στα σταγονίδια ήταν πάντα ένα πολλαπλάσιο μιας συγκεκριμένης τιμής, την οποία κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ήταν η κατηγορία ενός μόνο ηλεκτρονίου.
* Συμπεράσματα: Το πείραμα του Millikan παρείχε την πρώτη άμεση μέτρηση του φορτίου του ηλεκτρονίου, επιβεβαιώνοντας την ύπαρξή του ως θεμελιώδη μονάδα φόρτισης.
3. Ανακάλυψη του πυρηνικού ατόμου (πείραμα χρυσού φύλλου Rutherford)
* Ρύθμιση: Ο Ernest Rutherford και οι συνάδελφοί του βομβάρδισαν ένα λεπτό χρυσό φύλλο με σωματίδια άλφα (θετικά φορτισμένα σωματίδια που εκπέμπονται από ραδιενεργά στοιχεία).
* Παρατηρήσεις:
* Τα περισσότερα από τα σωματίδια άλφα πέρασαν κατευθείαν μέσα από το χρυσό φύλλο.
* Μερικοί εκτρέπονται σε μικρές γωνίες.
* Παραδόξως, ένα μικρό κλάσμα των σωματιδίων άλφα εκτρέπεται σε μεγάλες γωνίες, ακόμη και αναπηδώντας πίσω προς την πηγή.
* Συμπεράσματα: Ο Rutherford ερμήνευσε αυτά τα αποτελέσματα προτείνοντας το πυρηνικό μοντέλο του ατόμου:
* Το άτομο είναι ως επί το πλείστον κενό χώρο.
* Το θετικό φορτίο συγκεντρώνεται σε ένα μικροσκοπικό, πυκνό πυρήνα στο κέντρο.
* Τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα.
* Οι εκτροπές μεγάλης γωνίας προκλήθηκαν από τα σωματίδια άλφα που συγκρούονται με τον θετικά φορτισμένο πυρήνα.
4. Το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα και η ποσοτικοποίηση του φωτός
* Ρύθμιση: Το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα περιλαμβάνει τη λάμψη του φωτός σε μια μεταλλική επιφάνεια, προκαλώντας την εκτόξευση ηλεκτρονίων από το μέταλλο.
* Παρατηρήσεις:
* Ο αριθμός των ηλεκτρονίων που εκπέμπονται ήταν ανάλογος με την ένταση του φωτός.
* Η κινητική ενέργεια των εκπεμπόμενων ηλεκτρονίων εξαρτάται από τη συχνότητα του φωτός, όχι την έντασή του.
* Υπήρχε μια συχνότητα κατωφλίου κάτω από την οποία δεν εκπέμπονται ηλεκτρόνια, ανεξάρτητα από την ένταση του φωτός.
* Συμπεράσματα:
* Ο Albert Einstein, που βασίζεται στο προηγούμενο έργο του Planck, εξήγησε το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα προτείνοντας ότι το φως έρχεται σε διακριτά πακέτα ενέργειας που ονομάζονται φωτόνια.
* Η ενέργεια ενός φωτονίου είναι ανάλογη με τη συχνότητα του.
* Για να εκτοξευθεί ένα ηλεκτρόνιο, η ενέργεια του φωτονίου πρέπει να υπερβαίνει τη λειτουργία εργασίας του μετάλλου (η ενέργεια που απαιτείται για την απομάκρυνση ενός ηλεκτρονίου από το μέταλλο).
Περίληψη:
* Ανακάλυψη ηλεκτρονίων: Το πείραμα του Tube Tube της Cathoms της Thomson και το πείραμα Drop Oil Drop της Millikan καθιέρωσαν την ύπαρξη και τις θεμελιώδεις ιδιότητες του ηλεκτρονίου.
* Πυρηνικό άτομο: Το πείραμα χρυσού αλουμινίου του Rutherford οδήγησε στην έννοια ενός μικρού, πυκνού, θετικά φορτισμένου πυρήνα που περιβάλλεται από περιστρεφόμενα ηλεκτρόνια.
* φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα: Το φωτοηλεκτρικό αποτέλεσμα παρείχε κρίσιμα στοιχεία για την κβαντική φύση του φωτός, αποδεικνύοντας ότι η φωτεινή ενέργεια κβαντοποιείται σε φωτόνια.
Αυτά τα πειράματα επανάσταση στην κατανόησή μας για το άτομο και τη φύση της ύλης και της ενέργειας.
