Dərslik respublikanın universitetlərinin fizika fakültələrinin tələbələri üçün "Atom fizikası"
Download 18.1 Mb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- II F Ə S İ L. ELEKTRONUN YÜKÜ VƏ KÜTLƏSİ
|
Ё18. İşığın təzyiqi Müəyyən edilmişdir ki, işıq düşdüyü səthə təzyiq göstərir. İşığın maddəyə göstərdiyi təsirlər içərisində işıq təzyiqi işığın elektromaqnit nəzəriyyəsinin inkişaf etdirilməsində, işığın təbiətinə aid ümumi fəlsəfi baxışların formalaşmasında və bir çox kosmik hadisələrin izah edilməsində özünə məxsus xüsusi rolu olması ilə fərqlənir. İşığın düşdüyü səthə təzyiq göstərməsi haqqında ideya kometlərin quyruğunun olması faktını Günəş işığının təzyiqinin nəticəsi kimi izah edən Kepler tərəfindən hələ 1619-cu ildə irəli sürülmüşdü. Nyutonun axın nəzəriyyəsi də işıq təzyiqinin olması ideyasına gətirir: mənbədən axan işıq hissəcikləri onları qaytaran və ya udan cisimlərə zərbə endirərək öz impulslarının bir hissəsini onlara verir, yəni təzyiq yaradırlar. İşığın təzyiqə malik olmasını nəzəriyyədə və təcrübədə sübut etmək üçün uzun dövr lazım olmuşdur. Nəhayət, XIX əsrdə Maksvel elektromaqnit dalğalarının nəzəriyyəsini yaratdıqdan sonra göstərdi ki, bu dalğalar təzyiqə malik olmalıdır. Maksvelə görə işıq da elektromaqnit dalğası olduğundan işıq təzyiqi də mövcud olmalıdır. Doğrudan da, elektromaqnit dalğası (bu, eninə dalğadır) maddənin səthinə (bu səth güzgü və ya tutqun ola bilər) düşdükdə aşağıdakı kimi təsir yaradır: bu dalğanın işıq düşən səthin müstəvisində yerləşən elektrik vektorunun təsiri ilə bu vektor istiqamətində elektrik cərəyanı yaranır və düşən işıq dalğasının maqnit sahəsi Amper qanununa görə bu cərəyana müəyyən qüvvə ilə təsir edir. Sol əl qaydasına görə bu qüvvənin istiqaməti işığın yayılma istiqamətində olur (şəkil 18.1). Beləliklə, işığın elektromaqnit nəzəriyyəsinə görə işıq düşdüyü səthə təzyiq göstərməlidir. Maksvel göstərmişdir ki, işığın səthə göstərdiyi təzyiq qüvvəsi işığın intensivliyindən asılıdır. Düşən işıq paralel şüa dəstəsi olduqda mütləq qara cismin səthinə işığın P təzyiqi işıq enerjisinin E r J B r F r υr E r J B r F r υr
0 2
0 2 2 µµ εε
E u + =
(18.1) sıxlığına, yəni vahid həcmdəki işıq enerjisinə bərabərdir. (18.1) ifadəsində ε – mühitin dielektrik nüfuzluğu, µ – mühitin maqnit nüfuzluğu, ε 0 və µ 0 – uyğun olaraq, elektrik və maqnit sabitləri ( ε 0 =8,85 ⋅10
-12 Kl 2 /n ⋅ m 2 , µ 0 =4 π⋅ 10 -7 n/A 2 ). E – elektrik sahəsinin intensivliyi, B – maqnit sahəsinin induksiyasıdır. Burada fərz olunur ki, üzərinə işıq düşən cisim mütləq qara cisimdir, yəni bu cisim üzərinə düşən bütün işıq enerjisini tam udur.
105
Əgər cismin səthinin R qaytarma əmsalı sıfra bərabər deyilsə, yəni o, boz cisimdirsə, onda işığın təzyiqi P=(1+R)u
(18.2) olar. İdeal güzgü üçün R=1 olduğundan işığın təzyiqi P=2u
(18.3) olar. Əgər 1 sm 2 səthə 1 s ərzində düşən işıq enerjisini (işıqlanma) W ilə işarə etsək, onda işıq enerjisinin sıxlığı u=W/c olar (c – işıq sürətidir). Onda işığın təzyiqini ümumi şəkildə ) 1 ( R c W P + = (18.4) kimi yazmaq olar. Günəşli gündə 1 m 2 qara səthə günəş şüalarının göstərdiyi təsir qüvvəsini Maksvel nəzəri hesablamış və ∼4mN qiymətini tapmışdır. Əgər boşluğun daxili divarlarına bütün istiqamətlərdə işıq düşsə, onda mütləq qara səthə göstərilən təzyiq
3 1 =
(18.5) olar. Burada u – boşluğun daxilində şüa enerjisinin sıxlığıdır. Maksvel nəzəriyyəsindən alınan işığın təzyiqə malik olması kimi bir nəticənin düzgünlüyünü təcrübədə isbat etmək üçün bir çox cəhdlər edilmiş, lakin onların hamısı səmərəsiz qalmışdı. Bir çox alimlər isə hətta işıq təzyiqinin təcrübədə aşkara çıxarılması imkanına, sadəcə olaraq, inanmırdılar. Lakin rus fiziki P. N. Lebedev qarşıya çıxan böyük çətinlikləri aradan qaldırmaq üçün çox həssas və mürəkkəb təcrübələrlə işığın təzyiqə malik olmasını müşahidə etmiş və ölçə bilmişdi. O, əvvəlcə 1899-cu ildə işığın bərk cisimlərə, sonra isə 1909-cu ildə qazlara göstərdiyi təzyiqi ölçmüşdü. Lebedev öz işləri haqqında ilk dəfə 1899-cu ildə İsveçrədə keçirilən qurultayda məlumat vermiş, 1900-cu ildə isə Parisdə fiziklərin konqresində ətraflı məruzə etmişdir. İşığın təzyiqinə aid Lebedevin işlərinin geniş icmalı V. A. Fabrikant tərəfindən hazırlanmış və çap edilmişdir (UFN, 42, vıp.2, 1950). Qeyd edək ki, P. N. Lebedevin təcrübə aparmaq üçün yaratdığı qurğu və onun apardığı təcrübələr o dövr üçün fiziki eksperiment incəsənətinin parlaq bir nümunəsi idi. İşığın bərk cismə etdiyi təzyiqi müşahidə etmək və ölçmək üçün Lebedevin istifadə etdiyi qurğuda elektrik qövsündən çıxan işıq bir sıra linza və güzgülər sistemindən keçərək burma tərəzisinin yüngül diski üzərinə düşür. Bu disk daxilindən havası çıxarılmış şüşə balonun içində nazik teldən asılmışdır. İşığın təsiri nəticəsində burma tərəzisinin döndüyü bucağın qiymətini bilərək, işığın təzyiqini təcrübədə hesablamaq olar. Lebedevin təcrübələrində işıq enerjisinin bilavasitə mexaniki enerjiyə çevrilməsi də mühüm əhəmiyyət kəsb edən bir faktdır. İşığın bərk cismə təzyiqini təcrübədə təyin edərkən Lebedev bir çox çətinlikləri aradan qaldırmalı olmuşdu ki, bunların da içərisində qazın konveksiyası nəticəsində yaranan təsiri və radiometrik təsiri xüsusi qeyd etmək lazımdır. Çünki bu təsirlər işığın təzyiqindən yüz min dəfələrlə böyükdür. Nazik teldən asılmış yüngül disklərin üzərinə işıq düşərkən onun təzyiqindən əlavə radiometrik qüvvə adlanan bir qüvvə də meydana çıxır ki, onun da qiyməti, qeyd edildiyi kimi, işığın təzyiq qüvvəsindən təqribən 10 5 tərtib böyükdür. Seyrəlmiş qazda radiometrik təsirin əmələ gəlməsinin səbəbi diskin işığa tərəf olan səthinin işıq düşməyən
106 arxa tərəfdəki səthə (qaranlıq səthə) nisbətən çox qızmasıdır. Balonda qalmış qaz molekulları diskin qızmış tərəfindən daha böyük sürətlə əks olunur ki, bunun da nəticəsində disk "təpməyə" məruz qalır. Özü də bu təpmə işıqlanan qızmış tərəfdə, soyuq olub işıqlanmayan tərəfə nisbətən böyük olur. Külli miqdarda molekulların zərbələri nəticəsində, ölçmək istədiyimiz işığın təzyiq qüvvəsinin yönəldiyi tərəfə yönəlmiş olan əvəzləyici təpmə qüvvəsi yaranır. Lebedev işığın radiometrik təsirini nəzərə almaqla yanaşı, bu təsirin azaldılması üsullarını da axtarıb tapmışdı. O, müəyyən etmişdi ki, balonda qaz seyrəkləşdikcə və səthlərin temperatur fərqini azaltmaq üçün diskləri çox nazik götürdükcə radiometrik təsir azalır. Bununla əlaqədar olaraq o vaxt üçün çətin problemlərdən biri olan yüksək vakuumun alınması məsələsi meydana çıxdı ki, Lebedev bu məsələni də müvəffəqiyyətlə həll etdi. Radiometrik təsirin yox edilməsini necə yoxlamaq olar? Əgər diskin bir səthi güzgü, digər səthi isə qara olsa, onda işığın güzgü səthə göstərdiyi təzyiq qara səthə göstərdiyi təzyiqdən təqribən iki dəfə çox olmalıdır. Əksinə, qara səthi işıqlandırdıqda onun qızması çox olduğundan radiometrik təsir güzgü səthi işıqlandırarkən olduğundan böyük olmalıdır. Lebedev təcrübələrində doğrudan da, diskin güzgü səthinə işıq təzyiqinin qara səthə nisbətən təqribən iki dəfə çox olduğu müşahidə edildi ki, bu da radiometrik təsirin praktik olaraq aradan qaldırılmasını sübut etdi. Radiometrik təsirdən başqa yüngül diskə, yuxarıda qeyd etdiyimiz kimi, əlavə olaraq, konveksiya qüvvələri də təsir edir ki, onlar da işığın təzyiq qüvvəsindən on minlərlə dəfə ( ∼10
4 ) böyükdür. Konveksiya qüvvələrinin əmələ gəlməsinə səbəb düşən işığın təsiri ilə disk qızarkən onun ətrafında olan qaz təbəqələrinin də qızmasıdır. Bunun nəticəsində diskin işıqlanan tərəfindəki qaz təbəqələri ilə qaranlıq tərəfindəki qaz təbəqələri arasında temperaturlar fərqi yaranır ki, bu da konveksiya axınının yaranmasına səbəb olur. Qazın güclü seyrəldilməsi (vakuumun artması) nəticəsində bu konveksiya təsirini kəskin azaltmaq olar. Lakin Lebedev konveksiya təsirini yox etmək üçün eyni mənbədən çıxan işıq şüalarını mütəhərrik güzgü vasitəsilə növbə ilə diskin gah bir üzünə, gah da digər üzünə yönəltmişdi. Beləliklə, Lebedev kənar təsirləri minimuma qədər azalda bilmişdi. Lebedev təcrübələrindən işığın təzyiqi üçün tapılmış ədədi qiymət Maksvel nəzəriyyəsindən alınan qiymətə ∼20% dəqiqliklə uyğun gəlirdi. Bir neçə il sonra, yəni 1923-cü ildə Qerlax vakuum alınması üçün daha mükəmməl üsullardan istifadə edərək, Lebedev təcrübələrini təkrar etdi. Vakuum texnikasının o dövr üçün müasir sayılan və yüksək vakuum alınmasına imkan verən üsullarından istifadə olunması nəinki təcrübələrin həyata keçirilməsini asanlaşdırdı, həm də Maksvel nəzəriyyəsindən alınmış nəticələrdən ∼2% fərqlənən nəticələr əldə edilməsinə imkan verdi. Beləliklə, P. N. Lebedevin işıq təzyiqinin ölçülməsinə aid təcrübələri göstərdi ki, düşən işıq həm udan, həm də qaytaran səthə təzyiq edir və işığın təzyiq qüvvəsi düşən şüa enerjisi ilə düz mütənasib olub, işığın rəngindən asılı deyildir. İlk dəfə belə bir mühüm fakt aydın oldu ki, işıq da təbiətdəki bütün cisimlər kimi kütləyə malikdir. Ona görə də Lebedevin bu tədqiqatları işığın təbiətinin aydınlaşdırılması kimi dərin bir problemin həll edilməsi yolunda mühüm addımdır. Bunula əlaqədar olaraq akademik S. İ. Vavilov demişdir ki, Lebedevin kəşfindən sonra fizika üçün işıq, tam mənası ilə, hərəkətdə olan materiyanın bir forması oldu və işığın materiyaya qarşı qoyulması məsələsi həmişəlik rədd edildi. Foton nəzəriyyəsinə əsaslanaraq da, işığın düşdüyü səthə təzyiq göstərdiyini isbat etmək olar. Doğrudan da, bu nəzəriyyəyə görə işıq təzyiqinin yaranmasını düşən
107 fotonların impulsunun işığı udan və ya qaytaran səthə verilməsinin nəticəsi kimi izah etmək olar. Bu zaman üzərinə işıq düşən cismin impulsu dəyişir ki, bu da Nyutonun II qanununa görə həmin cismə qüvvə təsir etməsinə uyğundur. Səthə normal boyunca düşən və 1 san ərzində 1 sm 2 səthə W enerjisi gətirən ν tezlikli monoxromatik işıq selində N sayda foton varsa,
ν
(18.6) yaza bilərik ki, buradan da N=W/h ν alınır. (10.11) və (10.15) düsturlarına görə hər bir fotonun impulsu h ν
ν
foton isə 2h ν
fotonun impulsu ) ,
c h c h ν ν − + intervalında, yəni 2h ν /c qədər dəyişir. Beləliklə, mütləq udulma zamanı 1san ərzində 1sm 2 səthə verilən impuls c W c h N = ⋅ ν
(18.7) olar. Lakin 1san ərzində 1 sm 2 səthə verilən impuls bu səthə edilən təzyiqə bərabərdir. Deməli, fotonları udan səthə işıq tərəfindən edilən təzyiq P=W/c, fotonları tam qaytaran səthə isə bu təzyiq P=2W/c olar. Ümumi halda, işıq qaytarma əmsalı R olan səthə düşdükdə, 1san ərzində düşən N sayda fotondan (1 – R)N foton udulur, RN foton isə əks olunur. Bu halda 1 sm 2 səthə verilən impuls, yəni edilən təzyiq ) 1 ( ) 1 ( 2 ) 1 ( R c W R c h N c h RN c h N R + = + ⋅ = ⋅ + ⋅ − ν ν ν (18.8) olur ki, bu da Maksvel nəzəriyyəsindən alınan (18.4) düsturu ilə eynidir. İşıq təzyiqinin mövcud olmasının dalğa nəzəriyyəsi və ya korpuskulyar (foton) nəzəriyyə vasitəsilə isbat edilməsi ilə yanaşı onun təcrübədə müşahidə olunması və ölçülməsi mühüm əhəmiyyət kəsb edir. Belə ki, P. N. Lebedevin işlərinə həm də fotonun impulsa malik olmasının təcrübi isbatı kimi baxmaq olar. Bundan başqa məlum olur ki, impulsun saxlanması qanunu tamamilə ümumi olub, həm maddə cisimlər üçün, həm də elektromaqnit sahəsinin kvantları olan fotonlar üçün doğrudur. Deməli, işıq enerji ilə yanaşı həm də impulsa malikdir və materiyanın maddə formasından fərqli olan digər bir formada təzahürüdür. İşığın təzyiqə malik olması Kainatda baş verən bir sıra hadisələri izah etməyə imkan verir. Belə ki, işığın qaza göstərdiyi təzyiqin təcrübədə Lebedev tərəfindən müşahidə olunması faktı, kometa quyruqlarının Günəş şüaları tərəfindən itələnmənin nəticəsi olması haqqında Keplerin yuxarıda qeyd olunan hipotezini təsdiq etdi. Lebedevin təcrübələrindən sonra işıq təzyiqini kosmik proseslərə aid olan bütün nəzəriyyələrdə hesaba almalı oldular. Burada qeyd etmək yerinə düşərdi ki, sonralar müəyyən olunduğu kimi, kometaların quyruqlarının əmələ gəlməsi və onlar Günəşə yaxınlaşdıqca bu hadisənin daha parlaq təzahür etməsi çox mürəkkəb bir prosesdir və təkcə işıq təzyiqinə əsaslanaraq bütün müxtəlifliyi ilə izah oluna bilmir. Adi şəraitdə işıq təzyiqi çox kiçik olsa da, bəzi hallarda onun təsiri çox böyük ola bilər. Məsələn, ulduzların daxilində milyonlarla dərəcəyə çatan çox yüksək temperaturlarda elektromaqnit şüalanmasının təzyiqi olduqca böyük qiymətə çata bilər ki, bu da qravitasiya qüvvələri ilə birlikdə ulduzdaxili proseslərdə mühüm rol oynayır. Belə
108 ki, ulduzların məhdud ölçüyə malik olmasında işıq təzyiqinin mühüm rolu vardır. Astronomik müşahidələrdən məlumdur ki, kütləsi müəyyən maksimum qiymətdən böyük olan ulduzlar yoxdur. Bu fakta diqqəti cəlb edərkən Eddinqton ulduzların ölçülərinin artmasına mane olan aşağıdakı səbəbləri göstərir. Ulduzun kütləsi və onunla yanaşı kənar layların mərkəzə doğru cəzb olunduğu qüvvə artdıqca, onun daxili təbəqələrinin sıxılması üçün görülən iş də artır və buna uyğun olaraq daxili təbəqələrin temperaturu milyonlarla dərəcəyə qədər artır. Lakin temperaturun artması ulduzun daxilində şüalanma enerjisinin sıxlığının, və deməli, işıq təzyiqinin artması deməkdir. Hesablamalara əsasən müəyyən edilmişdir ki, cazibə qüvvəsi ilə daxili işıq təzyiqi tərəfindən yaradılan itələmə qüvvəsi arasındakı tarazlıq ulduzun müəyyən məhdud kütləyə malik olmasına səbəb olur. Belə ki, baxılan ulduzun kütləsi bundan böyük ola bilməz. Böyük kütləli ulduzlar dayanıqsızdır və parçalanmalıdır. Doğrudan da, ulduzların bu mülahizələr əsasında hesablanmış maksimum kütlələri astrofiziki müşahidələrə uyğun gəlir.
109
Bizim eradan bir neçə əsr əvvəl qədim yunan alimləri yunla sürtülmüş kəhrəbanın yüngül cisimləri özünə cəzb etdiyini müəyyən etmişlər. XVI əsrin sonunda isə ingilis həkimi Hilbert bu hadisəni ətaflı öyrənərək kəşf etdi ki, sürtünmə nəticəsində yüngül cisimləri cəzb etmək xassəsi təkcə kəhrəbada olmayıb, şüşə, kükürd, qətran və bir çox digər maddələrə də aiddir. Cisimlərdə bu cür xassənin əmələ gəlməsi elektriklənmə adlandırılmışdır. Kəhrəba yunanca elektron deməkdir və elektrik adı da bu sözdən götürülmüşdür. Kəhrəba və ya hər hansı başqa bir maddə sürtünmə nəticəsində yüngül cisimləri cəzb etmək xassəsinə malik olduqda onları elektriklənmiş və ya elektrik yükünə malik olan cisimlər adlandırmağa başladılar. Sonralar müəyyən edildi ki, elektriklənmiş (yəni, elektrik yükünə malik) cisimlər arasında ümumdünya cazibə qarşılıqlı təsirinə oxşar olaraq, məsafənin kvadratı ilə tərs mütənasib olaraq azalan, lakin ümumdünya cazibə qarşılıqlı təsirindən çox böyük olan qarşılıqlı təsir baş verir. Bu qarşılıqlı təsir elektromaqnit qarşılıqlı təsiri adlandırıldı. Məsələn, hidrogen atomunda elektronun nüvəyə cəzb olunduğu elektrik qüvvəsi ümumdünya cazibə qüvvəsindən 10 39 dəfə böyükdür. Beləliklə, müəyyən edildi ki, kütlə cismin ətalət ölçüsü olduğu kimi, elektrik yükü də cismin elektromaqnit qarşılıqlı təsirinə girmək qabiliyyətinin kəmiyyət ölçüsüdür. Cisimdən ayrıca, əlahiddə götürülmüş elektrik yükü yoxdur, o, cismin daxili xassəsidir. Başqa sözlə, elektrik yükünə malik olmayan cisimlər (onlara elektroneytral cisimlər də deyilir) ola bilər, lakin cisimsiz elektrik yükü ola bilməz. Elektrik yükünün nədən ibarət olması məsələsi alimləri çoxdan maraqlandırmışdır. İlk vaxtlar belə hesab edirdilər ki, elektriklənmə hadisəsi müəyyən çəkisiz substansiya – elektrik mayesi ilə əlaqədardır. Belə ki, hər bir cisimdə müsbət və mənfi olmaqla iki cür elektrik mayesi vardır. Bunlardan birinin artıqlığı cismin müsbət, digərinin artıqlığı isə mənfi elektriklənməsinə səbəb olur. Hər iki maye bərabər miqdarda olduqda, bir-birinin təsirini yox edir və cisim yüklənməmiş olur. Digər qrup alimlər belə hesab edirdilər ki, yalnız bir növ elektrik mayesi mövcuddur və bu maye hər bir yüklənməmiş cisimdə müəyyən miqdarda olmalıdır. Bunun artıqlığı cismin müsbət, çatışmazlığı isə mənfi elektriklənməsinə səbəb olur. Lakin tədriclə yeni-yeni təcrübi faktların təhlili elektrik mayesinin mövcud olması haqqındakı yanlış təsəvvürləri rədd etdi. Belə ki, turşu və duzların suda məhlullarından elektrikin keçməsinin və qaz boşalmasının öyrənilməsi nəticəsində məlum oldu ki, elektrik yükü diskretdir, yəni o, elementar elektrik yükləri adlanan bərabər hissələrə bölünə bilər (latınca diskretus – fasiləli, ayrı-ayrı hissələrdən ibarət deməkdir). Həm də müəyyən edildi ki, elementar elektrik yüklərini kiçik hissəciklər daşıyır və məhz onların yerdəyişməsi cisimlərin elektriklənməsinə səbəb olur. Elektroliz hadisəsi üçün Faradeyin müəyyən etdiyi məlum qanunlar elektrik yükünün diskret olması haqqındakı təsəvvürlərin ilk təcrübi əsası olmuşdur. Faradey qanunlarına görə elektroliz zamanı elektrod üzərində ayrılan maddənin kütləsi m aşağıdakı düsturla təyin olunur:
110 q n M F m ⋅ = 1
(19.1) Burada M – ayrılan maddənin molyar kütləsi, n – bu maddənin valentliyi, q – elektrolitdən keçən yükün miqdarı, F isə 1 mol birvalentli maddə ayırmaq üçün elektrolitdən keçməsi tələb olunan elektrik yükünə bərabər olan sabit kəmiyyətdir və Faradey ədədi adlanır: F=96500 Kl/mol. Aydındır ki, 1
maddə ayırmaq üçün elektrolitdən nFKl yük keçməlidir. 1 mol birvalentli maddə ayırmaq üçün elektrolitdən keçməsi tələb olunan 96500 Kl yükü 1 molda olan bütün ionlar daşıyır, çünki elektrodda ayrılan maddə əvvəlcə məhlulda ionlar şəklində olur. Deməli, maddənin 1 molunda olan atomların sayını bilərək, birvalentli maddənin hər bir ionunun yükünü tapmaq olar. Maddənin 1 molunda atomların sayı müxtəlif üsullarla təyin olunmuşdur və N A =6,02
⋅10 23 mol -1 Avoqadro ədədinə bərabərdir. Beləliklə, F Faradey ədədini N
Avoqadro ədədinə bölməklə elektroliz zamanı birvalentli maddənin hər bir ionunun daşıdığı q 0 yükünü tapmaq olar: Kl mol mol Kl N F q A
10 6 , 1 10 02 , 6
96500 19 1 23 0 − − ⋅ = ⋅ = = . (19.2) Bu q 0 yükü ionun daşıya biləcəyi minimum (ən kiçik) elektrik yüküdür və birvalentli ionun yükünə bərabərdir. n valentli maddənin 1 molunu ayırmaq üçün elektrolitdən nFKl yük keçməli olduğundan, n valentli ionun da yükü nq 0 olar. Yəni çoxvalentli ionların yükü birvalentli ionun yükündən tam ədəd dəfə çoxdur. Beləliklə, elektrolitlərin ionları müəyyən minimum (elementar) yükün tam misli qədər yük daşıyır: müxtəlif ionların daşıdığı yüklər q 0 , 2q 0 , 3q 0 , … qədər olur və məsələn, 0,9q 0 ; 1,5q 0 ; 2,3q 0 və s. kəsr ədədlə ifadə olunan yükə malik olan ionlara təsadüf olunmur. Elektrik yükü diskret qiymətlər alır. Başqa sözlə, Faradeyin şərəfinə söylədiyi nitqində Helmholsun dediyi kimi "əgər biz elementlərin atomlarının varlığını qəbul ediriksə, onda biz bundan çıxan nəticədən də yaxamızı qurtara bilmərik – yəni, həm mənfi və həm də müsbət elektrik yükləri də özlərini elektrik yükünün atomları kimi aparan müəyyən elementar yüklərdən ibarətdir". Faradey qanunlarından elektrik yükünün diskret qiymətlər alması kimi təcrübi faktın meydana çıxması elektrik hadisələri haqqında təlimin inkişaf etməsində böyük rol oynamışdır. Belə ki, bu nəticə, minimum yük daşıyan hissəciklərin mövcud olması fikrinin ortaya çıxmasına səbəb oldu. Doğrudan da, sonralar qazlarda elektrik boşalmasının öyrənilməsi sayəsində elektron kəşf olundu. Təcrübələrdən məlumdur ki, qaz boşalması borusunda təzyiq 10 -3
mm civə sütunu tərtibində olduqda bütün boru qaralır, yəni qaz artıq işıqlanmır, lakin katodun qarşısındakı şüşə divar sarımtıl-yaşıl rəngdə işıqlanmağa başlayır. Əgər bu halda, katodun qarşısında, məsələn, ulduz şəkilli metal ekran qoyulsa və elektrodlar yüksək gərginlik mənbəyinə birləşdirilsə, borunun katod qarşısındakı divarında ulduzun kəskin kölgəsi alınır və həmin divarın qalan hissəsində sarımtılyaşıl rəngdə parlaq işıqlanma əmələ gəlir. Elektrodların qütblərini dəyişdikdə kölgə yox olur. Təsvir olunan təcrübə göstərir ki, katodun səthi, işıq şüaları kimi düz xətt boyunca yayılan xüsusi növ şüalar buraxır. Əvvəllər belə hesab edirdilər ki, bu şüalanma öz təbiətinə görə işıq şüalarının eynidir və ona görə də onu katod şüaları adlandırmışlar. Katoda sferik çökük səth forması verərək katod şüalarını bir nöqtəyə toplamaq olar. Əgər həmin nöqtəyə nazik metal lövhə (məsələn, platin) qoyulsa, katod şüaları həmin
111
lövhəyə dəyərək onu ağ rəng alana qədər közərdə bilər. Deməli, katod şüaları enerjiyə malikdir. Katod şüalarının özü görünmədiyi halda bir çox maddələri işıqlanmağa (lüminessensiya etməyə) məcbur edir. Məsələn, yuxarıda təsvir olunan təcrübədə qaz boşalması borusunun şüşəsi həmin şüaların təsiri ilə işıqlanırdı. Katod şüalarının bu xassəsi, lüminessen ekran hazırlamaqla onların yolunu izləməyə imkan verir. Bundan başqa, katod şüaları qalınlığı 0,003–0,03 mm olan metal lövhələrdən keçə bilir, fotolövhəyə işıq şüaları kimi təsir edir və havanı ionlaşdıra bilir. Katod şüalarının təbiətini müəyyən etmək üçün fransız alimi Perren aşağıdakı kimi təcrübədən istifadə etmişdir. O, katod şüalarının yoluna içi boş metal silindr qoymuşdur ki, şüalar oraya, tələyə düşən kimi düşürdü. Perren bu silindri elektrometrlə birləşdirmişdi. Əgər katod şüaları özləri ilə elektrik yükü daşıyırsa, onda onlar silindrə düşərək öz elektrik yükünü həmin silindrə verəcək və elektrometr bunu dərhal aşkara çıxaracaqdır. Məlum olmuşdur ki, elektrometr bu təcrübə zamanı mənfi yüklə yüklənmişdir. Lakin katod şüalarının hansı işarəli yük daşıdığını dəqiq müəyyən etmək üçün əlavə tədqiqat da aparmaq tələb olunurdu. Bu məqsədlə qaz boşalması borusuna iki müstəvi lövhədən ibarət kondensator lehimlənmiş və katod şüaları dəstəsinin bu kondensatorun lövhələri arasından keçərkən müsbət yüklü lövhəyə doğru cəzb olunduğu müşahidə olunmuşdur. Bu təcrübə qəti surətdə göstərdi ki, katod şüaları mənfi yüklü hissəciklər selindən ibarətdir. Bundan başqa müəyyən edildi ki, katod şüalarındakı hissəciklərin hamısının yükü eyni olub, ədədi qiymətcə (19.2) düsturu ilə təyin olunan q 0
yükünə bərabərdir və hər bir hissəciyin kütləsi hidrogen atomunun kütləsindən təqribən 2000 dəfə kiçikdir. Bu hissəcikləri C. Tomson elektron adlandırdı. Yeri gəlmişkən qeyd etmək lazımdır ki, elektroliz zamanı birvalentli ionun yükünü işarə etmək üçün hələ 1891-ci ildə H. Stoni adlı alim "elektron" anlayışından istifadə edilməsi təklifini irəli sürmüşdü. Lakin elektron anlayışı, C.Tomsonun yuxarıda təsvir olunan tədqiqat işlərinin nəticələrini əks etdirən və "Fəlsəfə jurnalında" 1897-ci ildə çap olunmuş "Katod şüaları" adlı məqaləsindən sonra, fizika elminə daxil olmuşdur. Beləliklə, elektronun kəşfi tarixi 1897-ci il, elektronu kəşf edən alim isə C. Tomson hesab edilir. C. Tomson təcrübələr vasitəsilə sübut etdi ki, katod şüaları qaz boşalması borusunda olan çox seyrəkləşmiş qazın müsbət ionlarının metal katoda zərbələri nəticəsində bu katoddan çıxan elektronlar selindən ibarətdir. Aydındır ki, qaz boşalması borusundan qaz tamamilə çıxarılarsa, katod şüaları alınmaz. Hal-hazırda bir çox dəqiq ölçmələr nəticəsində müəyyən edilmişdir ki, elektronun yükü e = –1,6 ⋅10 -19
Kl, kütləsi isə m e = 9,1 ⋅10
-31 kq-dır. Sonralar belə təsəvvür formalaşmışdır ki, bütün cisimlər elementar zərrəcik adlanan hissəciklərdən təşkil olunmuşdur və elektron da bu elementar zərrəciklərdən biridir. Hal- hazırda 250-dən artıq elementar zərrəcik məlumdur. Elementar zərrəciklərin bəziləri müsbət (məsələn, proton), bəziləri mənfi (məsələn, elektron) elektrik yükünə malikdir. Elektrik yükü olmayan elementar zərrəciklər də vardır (məsələn, neytron). Təcrübələr göstərir ki, elementar zərrəcik yükə malikdirsə, bu yük dəqiq məlumdur və ədədi qiymətcə elementar yükə, yəni 1,6 ⋅10 -19
Kl bərabərdir. Başqa sözlə, yüklü elementar zərrəciklərin hamısının yükü ədədi qiymətcə elementar yükə bərabərdir və yalnız işarəcə fərqlənə bilər. Elementar zərrəciyin yükü bölünməzdir. Belə ki, məsələn, elektronun yükünün bir hissəsini ondan qoparmaq olmaz. Bunun niyə belə olduğu hələlik məlum deyildir.
112 Qeyd edək ki, elementar zərrəcik dedikdə bəsit, yəni daxili quruluşu olmayan hissəcik başa düşülür. Lakin son zamanlar belə fərz olunur ki, elementar zərrəcik adlandırılan hissəciklərin özləri də kvarklar adlanan digər zərrəciklərdən təşkil olunmuşdur. Kvarklar haqqında nəzəriyyə kvant xromodinamikası adlanır.
Download 18.1 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|