Д.Д. Томсон: Кн. для учащихся - Кудрявцев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
В 1894 г. Томсон приступил к исследованию катодных лучей. Через год немецкий физик В. Рентген открыл рентгеновские лучи. Он обнаружил в темной комнате, в которой работала трубка Крукса, свечение картона, покрытого флюоресцирующим минералом. Он объяснял это свечением действием Х-лучей.
В этой связи интересно отметить, что подобное свечение наблюдал и Томсон, когда он экспериментировал с катодными лучами. И он в своей статье, вышедшей за год до открытия Рентгена, описал «фосфоресценцию обычного немецкого стекла, помещенного на расстоянии нескольких футов от разрядной трубки». Но изучать это явление Томсон не стал.
В 1896 г., в связи с исследованиями Х-лучей, А. Беккерель открыл явление радиоактивности. Вот эти два крупнейших открытия в физике могли быть и не были сделаны Томсоном — ученым, который всю жизнь посвятил изучению газового разряда.
Почему же Томсон, увидевший фосфоресценцию стекла, не остановился на изучении этогй явления? Дело в том, что в это время Томсон был занят доказательством корпускулярной природы катодных лучей, и он целенаправленно шел к разрешению загадки катодных лучей, к своему открытию. Обнаруженную им фосфоресценцию стекла он считал побочным фактом.
Томсон сразу стал использовать открытия Рентгена и Бек-кереля в своих исследованиях, и, как он вспоминал, эти открытия позволили производить многие эксперименты, которые до этого были невыполнимы. Вначале Томсон изучал действие рентгеновских лучей на разряд в газе. «К моему великому
34 восторгу,— писал Томсон о рентгеновских лучах,— они делали газ проводником тока, даже если электрическая сила, приложенная к газу, была чрезвычайно мала... Х-лучи, казалось, превращали газ в газообразный электролит». Вскоре из этих опытов были получены важные результаты. Во-первых, Томсон обнаружил, что после прекращения действия лучей »проводимость в газе еще сохранялась какое-то время и прекращалась после фильтрования газа через стекловату. Во-вторых, было выяснено, что для фильтрования не обязательно использовать стекловату, вполне достаточно подвергнуть газ действию электрических сил. В-третьих, было найдено нарастание силы тока при малых напряжениях в согласии с законом Ома, при больших напряжениях — отклонение от закона Ома и при некотором большом напряжении — наличие тока насыщения.
Из опытов также следовало, что после прекращения действия лучей в газе еще остаются заряженные частицы, которые и являются носителем тока. О том, что эти частицы отрицательно и положительно заряжены, говорил тот факт, что электрические силы прекращали остаточную проводимость, т. е. отрицательно заряженные частицы осаждались на положительном электроде, а положительные — на отрицательном.
Отклонение от закона Ома при больших напряжениях в газе, как и наличие тока насыщения также убедительно подтверждали ионный механизм проводимости газа. Рассуждения Томсона были следующими. Рентгеновские лучи ионизуют газ в трубке. Когда произойдет электрический разряд, частицы будут двигаться к электродам, отдавая им свои заряды. Сила тока газового разряда пропорциональна числу заряженных частиц, которые ударяют в электроды в 1 с. Когда заряженные частицы производятся лучами, то число рекомби-нирующих в 1 с частиц не может быть больше, чем число частиц, созданных лучами в это же время. Тогда сила тока разряда должна иметь предел, пропорциональный интенсивности лучей. Томсон предпринял совместно с Резерфордом измерения этой предельной силы тока, или силы тока насыщения, для определения интенсивности рентгеновских лучей.
Далее Томсон ввел коэффициент рекомбинации. Если п\ и Пч — соответственно числа положительных и отрицательных ионов в единице объема газа, то убыль числа заряженных частиц в. единицу времени будет равна аті\П2, где а — коэффициент рекомбинации, который, по мнению Томсона, может зависеть от давления, температуры и рода газа. Затем он вводит важное понятие подвижности ионов. Ток в газе обусловлен движением частиц и будет зависеть от их скорости. Из молекулярно-кинетической теории следует, что скорость частицы, движущейся через газ при не очень низких давлениях, пропорциональна действующей на нее силе. Частицы увеличи-
3*
35 вают свою скорость под действием электрической силы F, равной F = еЕ, где е — заряд частицы, E — напряженность электрического поля. Скорости положительно и отрицательно заряженных частиц тогда будут v+ = AiE, V- = A2E, где k\, Аг— подвижности отрицательно и положительно заряженных ионов. Предполагая, что ток — это движение заряженных частиц, непрерывно производящихся рентгеновскими лучами и движущихся под действием электрических сил к электродам, Томсон считал, что можно найти уравнение, которое выражает зависимость между силой тока в газе и разностью потенциалов между электродами. Эта зависимость, исключая случаи, когда напряжения малы, выражается более сложным образом, чем просто закон Ома. Она включает коэффициент рекомбинации а, подвижности k\, &2 ионов и q — число ионов, образованных в 1 с.
Итак, вырисовывалась общая картина механизма электропроводности газов, особенно с того времени, когда Томсон стал использовать в качестве ионизатора лучи Рентгена.
