Ma’ruza Mavzu: Elektrodinamika. Elektrostatika

Reja:


1. Metallarda tok tashuvchilarning tabiati.
2.Metallar elektr o‘tkazuvchanligining klassik elektron nazariyasi.
3. K.Rekki tajribasi.


Tayanch so‘zlar va iboralar: erkin elektron, elektronlar buluti, Rikke tajribasi, termoelektron emissiya, elektronni solishtirma zaryadi.

METALLARDA TOK TASHUVCHILARNING TABIATI.

Bizga maolumki, barcha moddalar, shu jumladan metallar ham, atom va molekulalardan, atom va molekulalar esa o‘z navbatida musbat va manfiy zaryadlangan zarrachalardan tashkil topgan. U holda metallarda elektr toki qanday zaryadlarning oqimidan iborat? Bu savolga javob berish maqsadida bir qator olimlar ajoyib nozik tajribalarni amalga oshirganlar. Masalan, 1901 yilda nemis olimi K.Rikke, mis va alyuminiydan yasalgan, radiuslari bir xil uchta silindrlarni ketma-ket ulab, ular orqali bir yil davomida tok o‘tkazib turgan (1-rasm).




Ushbu sistema orqali 3,5 million kulon zaryad oqib o‘tganligiga qaramasdan silindrlarning moddalari bir biriga, hatto mikroskopik miqdorda ham, o‘tib qolmaganligi kuzatilgan. Demak metallar tarkibidagi musbat ionlar zaryad tashishda ishtirok etmaganlar. U holda metallarda elektr toki, ularning hammalari uchun umumiy bo‘lgan zarrachalar oqimidan iborat bo‘lsa kerak degan xulosaga kelingan.
Mazkur taxminni isbotlash maqsadida tok tashuvchilar zaryadining ishorasi va solishtirma zaryadini (tok tashuvchi zaryadini uning massasiga nisbatini) aniqlashga kirishilgan.
1916 yili amerikalik fiziklar - R.Tolmen va B. Styuartlar tajribada, haqiqatda ham metallarda tok tashuvchilar 1897 yilda ingliz olimi J.J. Tomson tomonidan kashf etilgan, manfiy zaryadli elektronlar ekanligini aniqlaganlar. Ularning tajribasi quyidagi g‘oyaga asoslangan.
Agar metall tarkibida erkin harakatlana oladigan zaryadli zarrachalar mavjud bo‘lsa, metall harakatga kelganda ular ham metall bilan birga harakatlanadilar va metall keskin to‘xtatilsa zarrachalar inersiya hisobiga o‘z harakatlarini davom ettirib metallda tok hosil qilishlari mumkin. Mazkur g‘oyani amalda tekshirib ko‘rish uchun quyidagi qurilmadan foydalandilar (2-rasm): L uzunlikdagi sim o‘ralgan g‘altak v chiziqli tezlik bilan aylanma harakatga keltiriladi. G‘altak uchidagi sirpanuvchi kontaktlar orqali G galpvonometrga ulangan. G‘altak harakatlanganda, uning tezligiga teng tezlik bilan, o‘tkazgichning erkin zaryadlari ham harakatlanadilar. Agar qisqa vaqt davomida g‘altak keskin to‘xtatilsa o‘tkazgichning erkin zaryadlari, inersiya hisobiga harakatlanishni davom ettirib, g‘altakning uchlaridan birida to‘planadilar. Natijada g‘altak uchlari orasida U potensiallar ayirmasi hosil bo‘lib galpvanometr orqali o‘zgaruvchan i tok o‘tadi:
U=iR (1)
bunda R- zanjirning umumiy qarshiligi.
G‘altak uchlarida hosil bo‘lgan potensiallar ayirmasi hosil qilgan o‘tkazgich ichidagi E=U/L maydon kuchlanganligi zaryadlarni tormozlab ularning impulslarini mv dan nolgacha kamaytiradi. Tok tashuvchi zaryadini e bilan belgilasak, mazkur maydon ta’sirida unga F=eE tormozlovchi kuch ta’sir etadi.
Nyutonning ikkinchi qonuniga ko‘ra
mdv = Fdt = eEdt = (2)
bu yerdagi dq = idt galg‘vanometr orqali dt vaqt ichida oqib o‘tgan zaryad miqdori.
U holda:

yoki

bundan
(3)
Tolmen va Styuart tajribasida v = 300 m/s gacha, L = 500 metrgacha bo‘lgan mis, alyuminiy, kumush simlar o‘ralgan g‘altaklar ishlatilgan. Tajribada aniqlangan R va q larning qiymatlaridan foydalanib, Styuart va Tolmenlar metallardagi tok tashuvchilarning solishtirma zaryadini aniqladilar:
= - 1,76 ^. 10¹¹ Kl/kg.
Olingan natija 1911 yilda amerikalik olim Milliken tomonidan, vakuumda harakatlanayotgan elektronlar uchun olingan natija bilan bir xil bo‘lgani sababli, metallarda tok tashuvchilar erkin elektronlar ekanligi tasdiqlandi.