21-5 Elektrický náboj a hmotnosť elektrónu

21-1 Kladné a záporné ióny; 21-2 Faradayove zákony; 21-3 Vedenie elektrického prúdu v plynoch; 21-4 Vzťah medzi hmotnosťou a nábojom elektrónu; 21-5 Elektrický náboj a hmotnosť elektrónu; 21-6 Thomsonov model atómu ; 21-7 Rutherfordov model atómu; 21-8 Elektrická vodivosť v pevných látkach; 21-9 Polovodiče; 21-10 Termická emisia; 21-11 Kryštalické usmerňovače prúdu; 21-12 Tranzistory; 21-1 Solárne panely a rádioaktívne zdroje prúdu;

Úlohy

21-4 Vzťah medzi hmotnosťou a nábojom elektrónu

21-5 Elektrický náboj a hmotnosť elektrónu

Thomsonova práca pripravila cestu k experimentom slávneho amerického fyzika Roberta A. Millikana, ktorý vo veľmi duchaplnom experimente znázornenom na obr. 21.4 zmeral elektrický náboj elektrónu bezprostredne. Medzi elektródy, znázornené na obrázku, nechal rozprášené malé kvapky oleja prepadnúť cez malý otvor. Priestor medzi elektródami sa pozoroval pomocou mikroskopu umiestneného v bočnej stene prístroja. Pomocou jedného vzťahu sa dá z tzv. Stokesovho zákona určiť hmotnosť kvapôčky z rýchlosti, akou táto kvapôčka klesá v plyne. Millikan vykonával experiment tak, že medzi elektródami nebolo elektrické napätie: tým vedel určiť hmotnosť kvapôčky oleja.

Obr. 21.4:Millikanov pokus – schematický náčrt experimentu na zmeranie elementárneho elektrického náboja.

Ak na nejaký predmet dopadá ultrafialové žiarenie, toto žiarenie vie vyraziť z predmetu elektróny. Millikan osvetlil priestor medzi elektródami ultrafialovým svetlom, čím malá kvapôčky oleja sa elektricky nabila – elektrický náboj olejových kvapôčok sa z času na čas zmenil v dôsledku zrážok s molekulami vzduchu. Pomocou elektrického napätia privedeného na elektródy vedel dosiahnuť, aby kvapôčky oleja sa vznášali v priestore medzi elektródami nehybne – neklesali ani nestúpali. V takom stave veľkosť sily, ktorou pôsobilo elektrické pole na kvapôčku sa rovnalo tiaži kvapôčky, teda

qE = mg,

odkiaľ elektrický náboj $q$ kvapôčky sa už dal jednoducho vypočítať (hmotnosť kvapôčky už bola zmeraná).

Obr. 21.5: Model atómu J.J. Thomsona, guľa vyplnená kladným „elektrickým fluidom“, v ktorom plávajú záporne nabité elektróny.

Ukázalo sa, že všetky takto namerané elektrické náboje boli celočíselným násobkom jednej malej hodnoty, zrejme elementárneho elektrického náboja, náboja elektrónu. Táto hodnota bola $1, 60 \times 1 0^{- 19} C$ ( $4, 80 \times 1 0^{- 10} fr$ ).

Z výsledkov Thomsonovho merania merného náboja, a zo znalosti elektrického náboja elektrónu už bolo možné určiť hmotnosť elektrónu

\frac{1, 60 \times 1 0^{- 19} C}{1, 76 \times 1 0^{11} C/kg} = 9, 11 \times 1 0^{- 31} kg .

Objav elektrónu, ako nosiča elektrického náboja, a skutočnosť, že ho bolo možné získať z elektricky neutrálneho atómu, poukázalo na to, že atóm nebude ďalej nedeliteľná častica, ale bude zložitým mechanickým systémom, ktorý sa skladá z kladných a záporných častí. Kladné ióny vznikajú nedostatkom jedného alebo viacerých elektrónov, kým záporné ióny znamenajú prítomnosť nadbytočných elektrónov v atóme.

21-6 Thomsonov model atómu