Πώς το πείραμα Cathode Ray απέδειξε την ύπαρξη ενός αρνητικά φορτισμένου σωματιδίου;
Το πείραμα:
1. σωλήνας κενού: Η Thomson χρησιμοποίησε έναν μερικώς εκκενωμένο γυάλινο σωλήνα με δύο ηλεκτρόδια στα αντίθετα άκρα.
2. Υψηλή τάση: Εφαρμόστηκε μια υψηλή τάση στα ηλεκτρόδια, δημιουργώντας ένα ηλεκτρικό πεδίο.
3. ακτίνες κάθοδος: Μια δέσμη αόρατων ακτίνων, που αργότερα ονομάζεται Cathode Rays, ταξίδεψε από την αρνητική φορτισμένη κάθοδο στην θετική φορτισμένη άνοδο.
4. Οθόνη φθορισμού: Οι ακτίνες παρατηρήθηκαν για να προκαλέσουν φθορισμό στην οθόνη τοποθετημένη στο τέλος του σωλήνα.
5. Μαγνητικό πεδίο: Η Thomson εφάρμοσε ένα μαγνητικό πεδίο στο σωλήνα, προκαλώντας την εκτροπή των ακτίνων καθόδου σε προβλέψιμη κατεύθυνση.
Βασικές παρατηρήσεις και συμπεράσματα:
* εκτροπή από ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία: Οι ακτίνες καθόδου εκτρέπονται τόσο από ηλεκτρικά όσο και από μαγνητικά πεδία, υποδεικνύοντας ότι έφεραν φορτίο. Η κατεύθυνση της παραμόρφωσης ήταν σύμφωνη με ένα αρνητικά φορτισμένο σωματίδιο.
* ανεξάρτητο από το υλικό καθόδου: Οι ιδιότητες των ακτίνων ήταν ανεξάρτητες από το υλικό που χρησιμοποιήθηκε για την κάθοδο. Αυτό υποδηλώνει ότι οι ακτίνες δεν ήταν ιδιοκτησία του ίδιου του υλικού, αλλά μάλλον θεμελιώδους συστατικού της ύλης.
* Μέτρηση της αναλογίας φόρτισης προς μάζα: Με τη μέτρηση της εκτροπής των ακτίνων στα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία, η Thomson ήταν σε θέση να υπολογίσει την αναλογία φορτίου προς μάζα (E/M) των σωματιδίων. Αυτή η αναλογία βρέθηκε να είναι πολύ υψηλότερη από αυτή οποιουδήποτε γνωστού ιόντος, υποδηλώνοντας ότι το σωματίδιο ήταν πολύ μικρότερο και ελαφρύτερο.
Πώς υποστήριξε την ύπαρξη αρνητικά φορτισμένων σωματιδίων:
Το πείραμα κατέδειξε ότι:
* Οι ακτίνες καθόδου αποτελούνται από σωματίδια, όχι κύματα.
* Αυτά τα σωματίδια έφεραν αρνητικό φορτίο, καθώς εκτρέπονται στην ίδια κατεύθυνση με ένα αρνητικά φορτισμένο σωματίδιο θα ήταν σε ένα ηλεκτρικό πεδίο.
* Οι ιδιότητες των σωματιδίων ήταν ανεξάρτητες από το υλικό καθόδου, υποδηλώνοντας ότι ήταν ένα καθολικό συστατικό της ύλης.
Η ανακάλυψη του ηλεκτρονίου:
Το έργο της Thomson, σε συνδυασμό με άλλα πειράματα, οδήγησε στην ανακάλυψη του ηλεκτρονίου. Ενώ δεν μπορούσε να προσδιορίσει την ακριβή φόρτιση ή μάζα του ηλεκτρονίου, το έργο του καθιέρωσε την ύπαρξη ενός αρνητικά φορτισμένου σωματιδίου, ένα θεμελιώδες δομικό στοιχείο ατόμων.
Σημαντική σημείωση: Το πείραμα Cathode Ray παρείχε ισχυρές ενδείξεις για την ύπαρξη του ηλεκτρονίου, αλλά δεν το απέδειξε οριστικά. Τα μεταγενέστερα πειράματα, όπως το πείραμα Drop Oil Drop Millikan, ήταν απαραίτητα για τον προσδιορισμό της φόρτισης και της μάζας του ηλεκτρονίου ανεξάρτητα.
