@ 2013.01.01 , 19:39

重现发现电子的实验[v][UPDATE]

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这个历史重现般的实验完整地展示了当年约瑟夫·约翰·汤姆森J J Thomson)是如何证明电子(electron)的存在的。汤姆森在1897年就完成了这项实验,尽管在当时物理学界普遍认为电子太小,几乎不可能被观测到(不幸的是,直到今天电子的观测也比较困难)。总之下面就是汤姆森简单明了的实验,这个实验一次性,永久性地证明了电子的存在。

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汤姆森的“葡萄干布丁”原子模型

汤姆森在1906年因为测出了电子——最初被他称之为“微粒”("corpuscles")——和电荷的质量而荣获诺贝尔物理学奖。当时他对如何命名电子毫无主意,因为他唯一所知道的就是这种“微粒”比原子小很多很多,并且能在原子内部自由运动。在1897年,汤姆森和他的同事们对各种玻璃管进行了很多研究,最终他们的选择是:一头为阴极——一个带负电的电极;另一头为阳极——当然也就是带正电的电极。汤姆森和同时代的人们见证了在这个实验中,当电势发生变化时的那一束荧光色的光束。

汤姆森实验中所使用的真空管并非完全真空,不过他排出了玻璃管内绝大部分的气体。实验开始后,电子朝阳极的方向大量涌出,随后“猛撞”上了残余气体的原子。之后这些电子和气体原子上被“撞下”的电子一同继续朝阳极走。汤姆森和他的同事们注意到,附近的磁场可以弯曲这道“荧光束”,就像下面的视频中那样。移动磁铁的时候,光束的形状也会随之发生变化。

公平地说,要证明电子的存在,汤姆森其实还有更多的工作要做。为了让电子束自由流动,真空条件是必要的。当空气被抽得越干净,电子越能自由地流动。在汤姆森的时代,由于技术限制,真空管里其实还有不少残余空气,所以他和他的同代人所看到的磁场对其的影响并不像下面视频中的那么明显。汤姆森和他的同事们知道如果这道光束有电磁属性,那么磁场应该会让它发生偏转,所以他们假设这和以往的理论有所不同。汤姆森之后又改进了设备,使用了空气更少的真空管,以及不同强度的电场,然后观察电子束偏转和受影响的程度,最终算出了电子在原子里的质量比,获得了诺贝尔奖。本文译自 iO9,由译者 keep_beating 基于创作共用协议(BY-NC)发布。

优酷/YouTube

有蛋友表示没有字幕看不懂,我听了下实验之前视频中所说的话,但是kb水平有限,希望能帮助你们理解 = =

视频里面的意思大概是
“this is a demo of how electrons were discovered…by scientist Thompson…”
这就是汤姆森发现电子的那个实验

“this tube is a…neutral gas and this end is positive,and this end down here is negative…”
玻璃管里是惰性气体,右边为阴极,左边为阳极

“so when i add electrons or electricity to this side,they are attracted to the other end which is positive.”
在左端注入电流(即电子),电子会被另一端(也就是阳极)所吸引。

“and because this is a sealed container,when u see the electrons travelling through the tube u’ll notice that there’s a little bit of a slip,in the medal there…if electrons travel through in neutral gas,the idea is there must be something inside the atoms in this gas even though they r neutral.”
因为玻璃管是密封容器,当你看到电子穿过玻璃管时,你会注意到[电子束]有一点点弯曲,就在放挡板的位置…如果电子能够在惰性气体中流动,那么[能推导出来的理论就是]在原子内部肯定有一些不一样的东西存在,就算是惰性气体内部也会有

“something inside them is…negative,and it must be a piece that can be knocked out of the atoms inside there and travel across”
[原子内部]有这样一种带负电的东西…

之后就是实验过程了 “u can c clearly that…”什么的
主要内容就是解释汤姆森实验的原理


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