катодні промені

ЕЛЕКТРОН ПЕРЕСТАЄ БУТИ НЕЗНАЙОМЦЕМ

Світіння розрідженого газу

Красивий яскравий пурпурово-рожевий світло, що ллється в трубках з розрідженим повітрям, привертав увагу багатьох дослідників. Вчені і навіть просто шкільні вчителі фізики багаторазово повторювали цей чудовий досвід академіка В. В. Петрова. Вони прагнули зрозуміти причину загадкового світіння і дати йому пояснення. Вони відчували себе, як мореплавці, які побачили на горизонті берег землі, що не зазначеної на карті.
Для дослідів виготовляли тонкостінні, скляні, зупинено з обох кінців трубки. Всередині трубки знаходилися два металеві електроди, вводи яких були пропущені крізь скло.
Нові досить потужні повітряні насоси дозволяли отримувати в трубках розрідження значно вищу, ніж те, якого досягав у своїх дослідах Петров.
Приєднавши провідники від електродів трубки до полюсів великий батареї, вчені поступово Відкачували повітря.
Спочатку, коли насос тільки починав діяти, в трубці нічого особливого помітити не вдавалося. Повітря - поганий провідник електрики. Стрілка вимірювального приладу - чутливого гальванометра, який відзначав навіть найслабший струм, включеного в ланцюг разом з трубкою, залишалася нерухомою: струм не йшов.
Коли насос відкачав більшу частину повітря, в трубці виникало красиве світіння у вигляді променистої корони. Світло в короні струменів і мерехтів. Це були штучно створені ельмови вогні. Потім розряд приймав форму яскравою нитки, що з'єднувала електроди, нитка перетворювалася в товстий шнурок, поступово розшаровується і, нарешті, розряд заповнював всю трубку.
Безперервно відкачуючи повітря, насос поступово доводив тиск в трубці до однієї сотої нормального, Кистевой розряд до цього моменту змінювався пурпурно-рожевим світлом, яке виникло в кінці трубки, біля анода, а у катода з'являлося синювате або фіолетове світіння, але воно розміщалося не біля самого катода , а трохи віддалік.
Між пурпуровим світінням у анода і синюватим у катода незмінно з'являвся темний проміжок. Гальванометр показував, що через трубку в цей час проходить значний струм. Чим менше залишалося в трубці повітря, а отже, ніж розрідження ставав він, тим сильніше відхилялася стрілка приладу. Було дивно: якщо повітря не проводить електрики, то як може проводити його майже порожній простір - вакуум?
При щільності повітря в одну тисячну частку нормальної, світіння з анодної боку поширилося майже на всю трубку і стало більш яскравим і шаруватим. Воно нагадувало пурпурні хвилі полярних сяйв. Як ми тепер знаємо - пурпурно-рожеве свічення трубки і є штучно створене полярне сяйво.
Темний проміжок між синюватим світінням у катода і яскравим у анода поступово розширювався; світлові явища в трубці розташовувалися так, як це показано на малюнку 33. Роблячи досліди з трубками, фізики змінювали склад газів і спостерігали, як при цьому в трубці змінювалася забарвлення світла. Особливо гарними були світлові явища в розрідженому азоті. Трубки з азотом яскраво сяяли, струменя з них пурпурно-червоне світло осявало кімнату. Настільки ж красиво, хоча і менш яскраво, світився розріджений кисень.

Відкриття катодних променів

У 1859 році тиск повітря в трубках вдалося знизити до однієї десятитисячної частки нормального атмосферного тиску. При такому сильному розрідженні в трубках пурпурно-рожеве, шаруваті анодное світіння меркне, слабшає і, нарешті, гасне. При ще більшій відкачування повітря анодное світіння зовсім зникає. Фіолетове ж світіння катода помітно тьмяніє, а стінки трубки приймають зеленуватий відтінок і самі починають світитися, темне ж простір поширюється від катода по всій трубці.
Простір усередині трубки виглядає майже темним, зате на її скляній стінці, якраз навпроти катода, з'являється яскраве смарагдово-зелене пляма, що світиться: скло в цьому місці стає схожим на дорогоцінний камінь.
Це наводить на думку, що тепер трубку пронизують якісь невидимі промені, які поширюються від катода і викликають світіння скла. Предмети, поставлені на їх шляху, відкидали різку тінь, як зображено на малюнку 34.

Ці промені-невидимки отримали назву катодних променів.
При виготовленні трубок майстру-склодуви не завжди вдавалося помістити катод строго навпроти анода. Зазвичай катод був трохи нахилений або повернутий в бік; траплялося також, що і трубка виходила злегка зігнутою. При малих розрідженнях газу в трубці це абсолютно не впливало на характер світіння. Світіння все одно струменіло від катода до анода і «знаходило» анод, де б він не поміщався.
Коли вчені домоглися дуже великих розрідження, несподівані помилки склодувів допомогли виявити нові властивості катодних променів: вони йшли по прямих лініях, строго перпендикулярно до поверхні катода, як би «не звертаючи уваги» на анод; якщо анод не лежала навпроти катода, то промені минули анод стороною.
Для досвіду був зроблений скляну посудину у вигляді кулі. У ньому помістили три анода і один катод.
Спочатку шлях розряду, помітний завдяки світіння газу, розділився на три гілки і вони, вигинаючись дугами, йшли кожен до свого анода. Але при дуже великому розрідженні три гілки променів злилися в один потік і вперлися в скло навпроти катода (рис. 35).

Така поведінка розряду залишалося незрозумілим, а вчені, продовжуючи відкачувати повітря, доводили розрідження в трубках вже до мільйонних часток, прагнучи дізнатися, які ще несподіванки можуть піднести загадкові промені-невидимки.
Але очікування не виправдалися. При гранично низькому тиску катодні промені ослабли, зелене сяйво в склі померкло, а прилади відзначили майже повне припинення струму в ланцюзі трубки.
Один дослідник спробував нагріти катод в трубці, в якій внаслідок занадто великого розрідження погасли катодні промені. Коли катод розжарився, зелене поле в склі навпаки катода спалахнуло з колишньою силою, і погасити його-вже не вдавалося, хоча повітряний насос продовжував відкачувати останні залишки повітря. Розпечений катод випускав промені, незважаючи на майже повну відсутність повітря. Випромінювання припинилося тільки, коли катод охолов.
Більш дивних явищ фізикам перш спостерігати, мабуть, не доводилося. Що являють собою ці таємничі промені? В їх електричну природу сумніватися було неможливо, прилади показували, що через трубку тече струм. Але. що таке катодні промені? Споріднені вони світловим? Або, може бути, це струменя якихось нових невідомих часток?
Вчені зацікавилися катодними променями і ставили один досвід за іншим. Замовляли трубки всілякої, часом фантастичною форми.
Було відмічено, що скло в тому місці, де сяяло зелена пляма, сильно нагрівається. Це доводило, що катодні промені несуть значну енергію.
В одній з трубок вчені застосували катод, виготовлений у вигляді увігнутого дзеркала. Катодні промені, що випускаються катодом такої форми, сходилися в фокусі, як сходяться конічним пучком сонячні промені, що пройшли крізь опукле скло (лупу). У фокусі сонячних променів, зібраних великий лупою, можна плавити свинець, запалювати папір. У фокусі увігнутого катода плавилися і кипіли такі тугоплавкі метали, як платина або іридій.
У свій час вченим здавалося, що катодні промені - не що інше, як дрібні часточки металу, відриваються від катода і летять з величезною швидкістю. Дійсно, після довгого користування катодного трубкою на її стінках осідав металевий наліт. Але він з'являвся не тільки там, де сяяло зеленуватесвітіння, а поширювався по всій трубці і відкладається гущі поблизу катода. Металеві частки катода летіли струменем по одному напрямку, а віялом, на всі боки. Велике значення при цьому мав матеріал, з якого був зроблений катод. Катодні промені однаково добре вилітали з срібного і з мідного катодів, але розпорошення йшло по-різному - срібло розпорошувалося швидше, ніж мідь.
Було доведено, що катодні промені до металевих частинок, що вилітають з катода, відношення не мають. Промені рухаються самі по собі, а частинки - самі по собі.
Катодні промені залишалися загадкою.
Саме в цей період, характеризуючи стан вчення про електрику, Фрідріх Енгельс писав:
«У вченні ж про електрику ми маємо перед собою хаотичну купу старих, ненадійних експериментів, які не отримали ні остаточного підтвердження, ні остаточного спростування, якесь непевне топтання в темряві, не пов'язані один з одним дослідження і досліди багатьох окремих вчених, що атакують невідому область урозбрід, подібно орді кочових наїзників. І справді, в області електрики ще тільки належить зробити відкриття, подібне відкриття Дальтона відкриття, що дає всієї науці осередок, а дослідженню - міцну основу. Ось це-то стан розброду в сучасному вченні про електрику, що робить поки неможливим встановлення будь-якої всеосяжної теорії, головним чином і зумовлює те, що в цій галузі панує одностороння Емпірія. »(Ф. Енгельс, Діалектика природи, Госполітіздат, 1950, стор. 83-84)
Дальтон ввів в науку поняття про атомну вагу.

Загадкове променисте речовина

Нові думки зародилися в результаті дослідів з катодного трубкою і магнітом.
Коли до трубки піднесли магніт, катодний промінь зігнувся навперейми силовим лініям магнітного поля (рис. 36).

Промені, як видимі - світлові, так і невидимі - інфрачервоні і ультрафіолетові, не відхиляються магнітом.
Світлоносна ж цівка в катодній трубці кориться впливу магніту, значить, вона не світловий промінь, а саме цівка! Але чого? Частинок якоїсь речовини?
Ця речовина не може бути металом катода. Коли катод розпорошується, його частинки летять не так, як рухається невідома матерія катодного променя. І це не частинки повітря, так як катодний промінь проходить в трубці, навіть при найвищій мірі розрідження повітря.
Дослідники спробували повернути магніт, розташований біля катодного трубки. Його зміцнили так, щоб північний полюс виявився на місці південного, а південний - на місці північного. Від перестановки магніту катодний промінь зігнувся в протилежну сторону. Якщо на початку досліду він відхилявся вниз, то тепер він вигнувся вгору. Словом, поведінка катодного променя нагадувало рух дроти з струмом в магнітному полі (див. Вище рис. 25).

Ці дивні явища допускали тільки одне, природне пояснення: катодний промінь не що інше, як потік негативних зарядів - найдрібніших частинок негативного електрики, тобто електричний струм.
Уже явище електролізу наводило на думку про існування елементарних зарядів. Але там ці заряди були пов'язані з уламками молекул - з іонами, які служили їм «човниками». Тут же вони виступали самостійно, так би мовити, в чистому вигляді і летіли в безповітряному просторі катодного трубки «вільними птахами».
Але чи можна сказати, що заряди, які подорожують на іони, і заряди, що утворюють катодний промінь, - це одні і ті ж заряди? Чи рівні вони між собою за величиною? Чи немає між ними будь-якої різниці?
На ці питання вчені змогли дати відповідь тільки після низки нових дослідів.