Дискретність електричного заряду. Електрон. Будова атома

Тепер нам необхідно відповісти на важливе питання: чи можна ділити заряди, які знаходяться на тілах? У цьому нам допоможе простий і наочний дослід. Заряджений електрометр 1 з'єднаймо за допомоги металевої палички, закріпленої на пластмасовій ручці, з таким самим електро­метром 2 (рис. 4 ).

Ми побачимо, що стрілки-покажчики обох електрометрів відхи­ляться на однакові кути, тобто половина заряду (оскільки електрометри однакові) перейде з першого електрометра на другий. Тепер роз'єднаємо електрометри і розряди­мо другий з них, доторкнувшись до нього рукою (заряд із електрометра крізь тіло людини йде в землю). Стрілка другого елек­трометра після цього встановиться верти­кально, що свідчить про відсутність на ньому заряду. (рис. 4 )

Знову приєднаймо другий електрометр до першого, на якому залишилася половина початкового заряду. Побачимо, що стрілки обох електрометрів знову відхилилися на однакові, але вже менші кути (рис. 4 та відеофрагмент «Подільність заряду» ). Це свідчить про те, що зарядженими знову є обидва електрометри, але заряд на них дорівнює лише четвертій частині від почат­кового заряду. Очевидно, що, продовжуючи дослід, можна одержати на електрометрах послідовно одну восьму, одну шістнадцяту тощо частину від початкового заряду. Зрештою, заряд першого електрометра зменшиться так, що стрілки більше відхи­лятися не будуть.

Отже, ми експериментально довели, що заряд, який є на тілах, можна ділити. Але тоді виникає ще одне запитання: чи є межа цього поділу? Чи існує в природі найменший заряд, який розділити вже неможливо? Відповідь на це запитання дав англійсь­кий фізик Джон-Джозеф Томсон, який передбачив: у природі існує частинка, яка має найменший (елементарний) електричний заряд. З-поміж багатьох дослідників Томсон та його учні здійснили найбільш точні екс­периментальні дослідження, і 29 квітня 1897 року Томсон доповів про відкриття першої елементарної частинки. Її було названо електроном. Перше експериментальне вимірювання елементарного заряду виконав американський фізик Міллікен. Виявилося, що заряд електрона негативний і дорівнює
- 1,6·10^-19 Кл. Отже, електрон є носієм елемен­тарного негативного заряду.

Заряди, менші від заряду електрона, неві­домі. Мало того, щоразу, коли з достатньою точністю вимірюється певний електричний заряд, він виявляється кратним до заряду електрона. Це означає, що негативний заряд будь-якого тіла складається з цілого числа еле­ментарних зарядів (зарядів електрона).

Електрон — це дуже мала частинка, набага­то менша від молекул і атомів. Маса електрона дорівнює 9,1·10^-31 кг. Наприклад, маса молеку­ли водню, найменшої з усіх молекул, у 3670 разів більша від маси електрона.

З усієї різноманітності частинок електрон займає особливе місце. Практично всі фізичні пронеси в тілах відбуваються за його участі. Тому не випадково, що електрон став першою зарядженою частинкою, відкритою експериментально. З відкриттям електрона почався вік атомної фізики. Стало можли­вим пояснити багато фізичних явищ, з'яви­лися пристрої, в яких використано унікаль­ні властивості електронів: комп'ютери, електронні мікроскопи, лазери, теле- і радіоприлади тощо.

Так само, як і негативний заряд, позитив­ний заряд будь-якого тіла складається з еле­ментарних позитивних зарядів. Носієм елемен­тарного позитивного заряду є протон. Пози­тивний заряд протона дорівнює
+ 1,6·10 ^-19 Кл, отже, за абсолютною величиною заряди електрона і протона є рівними. Маса протона дорівнює 1,67·10^-27 кг і перевищує масу електрона в 1836 разів.