Режа: Магнит майдонида зарядланган заррачаларнинг ҳаракати. Холл эффекти Заррачаларнинг солиштирма зарядини тажрибада аниқлаш Магнит майдонида зарядланган заррачаларнинг ҳаракати

Заррачаларнинг солиштирма зарядини тажрибада аниқлаш
Магнит майдонида заррачалар ҳаракатининг қонуниятлари заррачалар солиштирма зарядини аниқлашнинг жуда аниқ тажриба усулларини ишлаб чиқишга имконият яратди. Биз улардан энг оддийларини кўриб чиқиш билан чекланамиз.

23.5-расм. 23.6-расм.
23.5-расмда электронларнинг солиштирма зарядини аниқлайдиган қурилманинг соддалаштирилган схемаси кўрсатилган. М вакуум найининг К металл катоди Б_к батареянинг токи билан қиздирилади. Термоэлектрон эмиссия туфайли катоддан учиб чиққан электронлар, катод ва анод орасида юқори кучланишли Б_А батарея ҳосил қилган кучли электр майдони билан тезлатилади. Анод ортиш фазога 0 тор тешик орқали, фақат най ўқи бўйлаб тарқаладиган ва Б_А занжирига G галpванометр орқали уланган Фарадей цилиндирида ушланиб қолинадиган ингичка электронлар дастасигина ўтади. Ундан ташқари найга кавшарланган унча катта бўлмаган С электрод занжирга G₁ галpвонометр орқали уланган. Анод орти фазода, қутиблари шартли равишда штрихли айлана билан кўрсатилган кучли электромагнит ёрдамида чизма текислигига перпендикуляр, бир жинсли магнит майдон ҳосил қилинган. Расмда кўрсатилган векторнинг йўналишида (чизма ортидан) электронлар дастаси юқорига оғади. нинг қиймати шундай
танланадики, натижада оғган даста ён электрод С га тушади. Магнит майдонида электронларнинг ОС траекторияси, О нуқтада найнинг горизонтал ўқига уринувчи айлана ёйидан иборат. О ва С нуқталар орасидаги най ўқи бўйича (₁) ва вертикал бўйича (₂) масофаларни билган ҳолда магнит майдонидаги электронлар траекториясининг r радиусини аниқлаш мумкин (23.6-расм). СЕО ва СЕN учбурчакларнинг ўхшашлигидан
₁/₂ = (2r - ₂)/₁
га эга бўламиз, бундан
r = (₁² + ₂²)/(2₂)
Анод орти фазода электронларнинг тезлигини, найнинг аноди ва катоди орасидаги U кучланишни V волpтметр ёрдамида ўлчаб
Mv² = 2eU, бундан

топиш мумкин¹⁾.
(23.14 ва (23.15) ифодаларни (23.3) га қўйиб ва q=e деб, электроннинг солиштирма зарядини абсолют қиймати учун қуйидаги ҳисоблаш формуласини оламиз:
e/m = 8U₂²/[B²(₁² + ₂²)]
Биринчи элементар заррача – электроннинг кашф этилган санаси деб 1897 йил, унинг кашфиётчиси эса – инглиз физиги Ж.Ж.Томсон деб санаш қабул қилинган. Катод нурлари билан тажриба натижаларининг таҳлил қилиш асосида (уларнинг электр ва магнит майдонларида оғиши, ҳамда газлардан ўтганда уларнинг нисбатан кам сусайиши) Томсон, катод нурлари катод материалига боғлиқ эмас ва манфий зарядланган айнан бир хил заррачалар оқимидан иборат, шу билан бирга уларнинг ўлчами атомларнинг ўлчамидан кўп марта кичик деган хулосага келди. Бу хулоса, Томсон ва бошқа тадқиқотчилар ўлчаган, катод нурлари заррачаларининг солиштирма зарядининг қийматлари бир-бирига анча яқинликлари билан тасдиқланди. Фото-, термоэмиссия ва  - радиоактивликда учиб чиқаётган заррачаларнинг солиштирма заряди шундай эканлиги тез орада маълум бўлди.

Ёруғлик тезлиги билан таққосласа бўладиган v тезлик билан ҳаракатланаётган электроннинг солиштирма заряди

қонун бўйича v га боғлиқлиги кўрсатилган эди, бундиги (е/m)₀ - v = 0 даги солиштирма заряд.
Хозиргача маълум барча тажрибалар, ҳамда назарий маълумотлар, электроннинг заряди унинг тезлигига боғлиқ эмаслиги тасдиқлайди. Шунинг учун электрон солиштирма зарядининг тезликка боғлиқлигини, фақат электрон массиасининг, унинг тезлиги ортганда махсус нисбийлик назариясининг (7.20) қонуни бўйича ортиши билан тушунтириш мумкин.
Мусбат ионларнинг солиштирма заряди ва уларнинг массасини, канал нурларининг магнит майдонида оғишини ўлчаб топиш мумкин. Аммо бу масала, электроннинг солиштирма зарядини аниқлашга қараганда, мураккаб бўлиб чиқди. Мусбат ионлар газ разряди найида қайсидир бир жойда эмас, балки бутун ҳажм бўйича пайдо бўлишади. Тезлатувчи электр майдонда турли ионлар найда ҳар хил масофаларни босиб ўтади ва уларнинг тезликлари жуда ҳам кенг оралиқда тебранади. Кўндаланг магнит майдонига тушган ионлар ниҳоятда турлича радиусли айланалар бўйича ҳаракатланади. Шунинг учун 23.5-расмда келтирилган қурилма мусбат ионларнинг солиштирма зарядини аниқлашга ярамайди.
Илк бор мусбат ионларнинг солиштирма зарядини ўлчашни инглиз физиги Ж.Ж.Томсон амалга оширган.

23.7-расм.


Канал нурлари ва векторларнинг йўналиши бир хил ёки бир-бирига қарама-қарши бўладиган қилиб электромагнит қутблари орасига жойлаштирилган ясси конденсатор орқали ўтказилган (23.7-расм). Электр ва магнит майдонларнинг биргаликда таъсири натижасида, канал нурларини ташкил этувчи мусбат ионлар ҳам вертикал, ҳам кўндаланг йўналишларда оғишган. Канал нурларининг дастлабки йўналишига перпендикуляр бўлган Q текисликда мусбат ионлар, ўқи ва векторларга параллел бўлган параболанинг АО шохчаси бўйича тақсимланишлари кераклигини исбот қилиш мумкин. Параболанинг турли нуқталарига турлича тезликдаги ионлар тўғри келади. Ионнинг тезлиги қанча катта бўлса электр ва магнит майдонида у шунчалар кучсиз оғади. Шунинг учун унга мос келувчи параболанинг нуқтаси унинг 0 учига яқин жойда ётиши керак. нинг йўналиши тескарисига ўзгарганда параболанинг иккинчи ОD шохчаси ҳосил бўлади. Турли солиштирма зарядли ионларга турлича параболалар тўғри келади. Масалан, агар солиштирма заряди q/m ионларга АОD парабола тўғри келса, у ҳолда солиштирма заряди (q₁/m₁)> (q/m) ионларга катта фокал параметрли СОЕ парабола тўғри келади. Электр ва магнит майдонларда ионларнинг оғишини қайд этиш учун Q текисликка фотография пластинкаси жойлаштирилган. Ионлар тушган жойларда, унинг ёруғлик сезувчи қатламида, бромли кумуш ажралиш реакцияси содир бўлган. Шунинг учун очилтирилган пластинкада ионларнинг Q текисликда тақсимланиш тасвири ҳосил бўлган.
Бир валентли неон ионлари билан тажриба ўтказиб, Томсон (1912) фотопластинкада, солиштирма зарядларининг қиймати бир биридан бироз фарқ қиладиган иккита турли параболаларга мос келувчи шохчаларнинг тасвирини қайд қилди. Бу натижа, ўзларининг массалари билан фарқ қиладиган, икки хил неон ионлари мавжудлиги ҳақида далолат беради. Бир валентли ионнинг массаси атом массасидан, электрон массасига тенг, жуда ҳам кичик қийматга фарқ қилади. Шунинг учун Томсон тажрибалари, айнан бир элементга тегишли атомларнинг массалари турлича бўлишининг биринчи экспериментал исботи бўлди. Кейинчалик, фақат массалари бўйича фарқ қиладиган, кимёвий элемент атомлари турли хил бўлиши изотроплар номини олди.
Мусбат ионларнинг солиштирма зарядини аниқлашнинг Томсон томонидан таклиф этилган усули, етарлича аниқ эмаслиги намоён бўлди, баҳзи сабабларга кўра биз уларда тўхталмаймиз.
Кейинчалик, ионларнинг солиштирма зарядларини ва мос холда уларнинг массаларини жуда юқори аниқликда ўлчашга имкон берадиган, махсус асбоблар - масс-спектрограф ва масс-спектрометрлар ишлаб чиқилди. Ф.Астоп (1919) томонидан қурилган оддий масс-спектрографнинг принциал схемаси 23.8-расмда кўрсатилган.
Текширилаётган ионларнинг дастаси, чизма текислигига перпендикуляр тор тирқишли иккита D₁ ва D₂ диафрагмалар орқали ўтади. Ясси С конденсаторнинг бир жинсли электр майдонида, майдон кучланганлиги йўналишида ионларнинг тезлиги қанча кичик ва солиштирма заряди қанча катта бўлса, улар шунчалик кучли оғади. Кейин ионлар, вектори чизма ортига йўналган, бир жинсли магнит майдонига тушадилар ва унда айланалар ёйи бўйича ҳаракатланадилар.

23.8-расм.


Бу айланаларнинг радиуслари, ионларнинг тезлиги қанча катта ва уларнинг солиштирма заряди кичик бўлса, шунча катта бўлади [(23.3) га қаранг]. Шунинг учун ионлар дастаси, ҳар бири ионларнинг солиштирма зарядининг маълум қийматига мос келган, бир нечта дасталарга ажралиб кетади. 23.8-расмда шундай икита даста кўрсатилган. Ъар бир дастада унинг устки чегарасининг радиуси остки чегарасининг радиусидан катта, чунки устки айлана бўйлаб энг тез ионлар ҳаракатланади, осткиси бўйича эса - энг секинлари. Демак, бир хил солиштирма заряд ва турлича тезликларга эга бўлган ионларни магнит майдони фокуслайди. Магнит майдонни ионлар чизма текислигига перпендикуляр жойлашган MN фотопластинкага фокусланадиган қилиб танлаш мумкин. У ҳолда пластинкада, ионлар солиштирма зарядининг турли қийматларига мос келган, ингичка параллел чизиқлар қатори ҳосил бўлади. 23.8-расмда тасвирланган ҳолда, А₁ чизиқ катта солиштирма зарядли ионларга, А₂ чизиқ эса - кичик солиштирма зарядли ионларга мос келади. А₁ чизиқни берадиган ионларнинг солиштирма зарядини, А₁ ва А₂ чизиқлар орасидаги масофани, ҳамда қурилма параметрларини билган ҳолда, А₂ чизиққа мос ионларнинг солиштирма зарядини аниқлаш мумкин.


Адабиётлар:
1. И.В.Савельев «Умумий физика курси», т. I, II, II, Т.Укитувчи, 1970-80 йиллар.
2. Р.И.Грабовский «Физика курси», Т.Укитувчи, 1973.
3. О.Ахмаджонов «Физика курси. Механика ва молекуляр физика», Т.Укитувчи, 1981.
4. О.Ахмаджонов «Физика курси. Электр ва магнетизм», Т.Укитувчи, 1981.
5. О.Ахмаджонов «Физика курси. Оптика, атом ва ядро физикаси», Т.Укитувчи, 1983.
6. С.П.Королев «Физика курси.», Т.Укитувчи, 1985.