Природні Явища

Для макроскопічних відстаней при експериментах в земних умовах, що були проведені за методом Кавендіша, доведено що показник степеня r в законі Кулона не може відрізнятися від 2 більш ніж на 6·10-16. Із експериментів з розсіяння альфа-частинок виходить, що закон Кулона не порушується до відстаней 10-14 м. Але з іншого боку, для опису взаємодії заряджених частинок на таких відстанях поняття, за допомогою яких формулюється закон (поняття сили, положення), втрачають сенс. У цій області просторових масштабів діють закониквантової механіки.

Перевірка закону для різних відстаней

Закон Кулона можна вважати одним з наслідків квантової електродинаміки, в рамках якої взаємодія заряджених часток зумовлена обміном віртуальними фотонами. Внаслідок цього, експерименти з перевірки висновків квантової електродинаміки можна вважати дослідами з перевірки закону Кулона. Так, експерименти з анігіляції електронів та позитронів свідчать, що відхилення від законів квантової електродинаміки не спостерігаються до відстаней 10^-18 м.

Досліди Міллікена по визначенню заряду електрон:
Розглядаючи протікання електричного струму через вакуум, рідини та тверді тіла ми маємо на увазі наявність мінімальної неподільної кількості електрики, яка приймає участь в переносі струму – заряд електрона. Тому принципове значення мають досліди з визначення цієї величини, поставлені Робертом Міллікеном в 1910-1913 роках. Ідея цих експериментів зводилася до наступного: будь-яке тіло може змінювати свій заряд тільки порціями, кратними заряду електрона . Точно вимірявши заряд тіла та його зміни в результаті яких-небудь впливів, ми одержимо величини, які дорівнюють цілому числу . Треба таким чином знайти число, на яке ділиться і заряд тіла, і величина зміни заряду.
В досліді Міллікена всередину плаского конденсатору, пластини якого були розташовані горизонтально, вводилися за допомогою пульверизатору крапельки масла. Введення здійснювалося через отвір у верхній пластині.
За рухом крапель можна було спостерігати у мікроскоп, тубус якого був розташований горизонтально.
При незарядженому конденсаторі краплі рухалися в полі сили тяжіння. На них діяли наступні сили

сила тяжіння , де густина масла, радіус крапельки;

підйомна сила повітря ( густина повітря);

сила тертя (формула Стокса), де коефіцієнт в’язкості повітря, швидкість падіння краплі.

Тоді .

Величину можна було визначити експериментально, виміривши час падіння краплі між двома лініями в полі зору мікроскопа, відстань між якими заздалегідь відома. Звідси можна знайти радіус краплі . Якщо крапля має заряд , а на конденсатор подана різниця потенціалів такої полярності, щоб підняти заряджену краплю вгору, то поле , а крапля рухається вгору зі швидкістю , то рівнодіюча сил виглядає як .
Але (з урахуванням підйомної сили повітря), тому .

Швидкість визначається за допомогою мікроскопу таким же чином, що і . Так можна визначити заряд краплі .
Між пластинами пропускався пучок рентгенівських променів. В результаті в повітрі виникали іони, які могли осідати на крапельках та змінювати їх заряд. Крім цього, рентгенівські промені могли вибивати фотоелектрони з поверхні крапель. В результаті заряд крапель час від часу змінювався, що приводило до зміни швидкості їх руху . Очевидно, зміна заряду краплі є
, де зміна швидкості краплі в полі конденсатору.
Cпостерігаючи за рухом крапель в незарядженому конденсаторі, а потім в полі при дії рентгенівських променів, можна було знайти заряд крапель та зміни цього заряду . Далі підбирався загальний найбільший дільник для цих величин, який є зарядом електрона . За сучасними даними .

Дата добавления: 2015-05-24