1。電子の発見
* J.J。トムソンのカソード光線チューブ実験(1897):
* セットアップ: トムソンは、両端に電極を備えたガラス管、カソード線管を使用しました。 彼はチューブを避難させて真空を作りました。 高電圧が適用され、光線のビームがカソード(負の電極)からアノード(正の電極)に向かって発せられます。
* 観測:
*磁場で偏向したビームは、荷電粒子で作られていることを示しています。
*偏向パターンは、磁場の強度と方向に依存していました。
*ビームは電界によっても偏向され、粒子が負に帯電したことを示しました。
* 結論: トムソンは、カソード光線は、彼が「コーパスル」と呼ぶ小さなマイナス帯電粒子で構成されていると結論付けました。彼は、これらの粒子の電荷と質量比(E/M)を計算することができました。
2。 Millikanのオイルドロップ実験(1909):
* セットアップ: Millikanの実験は、電子の電荷を決定することを目的としています。彼は小さな油滴を電界を備えたチャンバーに吹き付けました。液滴は光源によって照らされ、その動きを観察することができました。
* 観測:
* Millikanは、油滴が適用される電界に応じて異なる速度で下落したことを観察しました。
*いくつかの液滴はより速く落ち、他の液滴は空中で吊り下げられました。
*彼は、液滴の電荷は常に特定の値の倍数であり、それが単一の電子の電荷であると結論付けたことを発見しました。
* 結論: Millikanの実験は、電子電荷の最初の直接的な測定を提供し、基本的な電荷単位としての存在を確認しました。
3。核原子の発見(ラザフォードの金箔実験)
* セットアップ: アーネスト・ラザフォードと彼の同僚は、アルファ粒子(放射性元素によって放出される正に帯電した粒子)で薄い金箔を砲撃しました。
* 観測:
*ほとんどのアルファ粒子は金箔をまっすぐ通過しました。
*一部は小さな角度で偏向しました。
*驚くべきことに、アルファ粒子のごく一部が大きな角度で偏向され、ソースに向かって跳ね返りさえしました。
* 結論: ラザフォードは、原子の核モデルを提案することにより、これらの結果を解釈しました。
*原子はほとんど空のスペースです。
*正電荷は、中央の小さな密な核に集中しています。
*負に帯電した電子は、核の周りに周囲を周回します。
*大きな角のたわみは、正の帯電した核と衝突するアルファ粒子によって引き起こされました。
4。光電効果と光の量子化
* セットアップ: 光電効果は、金属表面の光を輝かせ、電子を金属から排出します。
* 観測:
*放出される電子の数は、光の強度に比例しました。
*放出された電子の運動エネルギーは、その強度ではなく、光の周波数に依存していました。
*光の強度に関係なく、電子は放出されなかったしきい値周波数がありました。
* 結論:
* Planckの以前の作品に基づいて構築されたAlbert Einsteinは、光が光子と呼ばれるエネルギーの個別のパケットに光が付いていることを提案することにより、光電効果を説明しました。
*光子のエネルギーはその周波数に比例します。
*電子を排出するには、光子のエネルギーが金属の作業関数(金属から電子を除去するために必要なエネルギー)を超えなければなりません。
概要:
* 電子発見: トムソンのカソード光線チューブ実験とミリカンのオイルドロップ実験により、電子の存在と基本的特性が確立されました。
* 核原子: ラザフォードのゴールドフォイル実験は、軌道に囲まれた小さく、密な、正に帯電した核の概念につながりました。
* 光電効果: 光電効果は、光の量子性の重要な証拠を提供し、光エネルギーが光子に量子化されることを示しています。
これらの実験は、原子と物質とエネルギーの性質に関する理解に革命をもたらしました。